VDE Vortrag Radarentwicklung ohne Agr

Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung von RADAR
in der Binnenschifffahrt
Hermann W. Haberkamp
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz
Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Inhalt:
1. Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
2. Entwicklung von RADAR für die Binnenschifffahrt von Christian Hülsmeyer bis heute
3. Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
4. Maßnahmen zur Gewährleistung einer sicheren und leichten Navigation mit RADAR
in der Binnenschifffahrt
5. Das LANDRADARSYSTEM zur Verkehrsbeobachtung an der Gebirgsrheinstrecke
zwischen Oberwesel und St. Goar
6. Stand der Technik / Blick in die Zukunft
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 1:
Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
• Fähigkeiten und Grenzen von RADAR für die Binnenschifffahrt
• Wirkungsweise von Radaranlagen für die Binnenschifffahrt
• Physikalische Effekte
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Eigenschaften, Fähigkeiten und Grenzen
RADAR:
o ist ein Puls-Laufzeit-Messverfahren
+ ist ein nichtkooperatives Verfahren,
+ ist ein zweidimensionales Messverfahren,
+ stellt die Umgebung landkartenähnlich dar,
+ ermöglicht genaue Entfernungsmessungen,
+ stellt die „leading edge“ von Objekten
immer entfernungsrichtig dar,
+ funktioniert auch bei „Nacht und Nebel“,
+ empfiehlt sich auch bei guter Sicht,
- kann Objekte nur detektieren und orten,
nicht aber identifizieren,
- kann Objekt- Höhen nicht liefern,
- kann „nicht um die Ecke“ schauen.
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Der Sendeimpuls wird mit einer Richtantenne ausgestrahlt
t1 = 200 ns
t2 = 1000 ns
ti
Sendeimpuls
ti
Sendeimpuls mit hoher
Zeitauflösung
als Schwingungspaket
Ausbreitung des Sendeimpulses in der
Antennenkeule
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Die Objektentfernung wird aus der Laufzeit des Echos ermittelt
R
R = Range (Entfernung); c = Lichtgeschwindigkeit
Koordinatenursprung (0/0) = Standort der Radarantenne
Rz = Zielentfernung; t = Zeit nach Impulsaussendung
Ziel
Entstehendes Echo am Ziel
Rz
Impuls am Ziel
0
0
Sendeimpuls
Rz/c
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Echo am Empfänger
t
2 Rz/c
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Die Retroreflexion macht Radarziele sichtbar
Elektromagnetische Wellen unterliegen physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie
Brechung, Beugung, Interferenz, Dämpfung und Reflexion.
Die Reflexionseigenschaften sind für das Radarverfahren ausschlaggebend.
Zu unterscheiden sind drei Arten der Reflexion des Sendeimpulses an Objekten:
die diffuse Reflexion, die gerichtete Reflexion und die Retroreflexion.
Diffuse Reflexion
Gerichtete Reflexion
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Retroreflexion
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Das Radarbild entsteht durch die Darstellung und Speicherung
der Videosignale aufeinander folgender Speichen
V
a)
0
1
2
3
4
5
t/µs
0
1
2
3
4
5
t/µs
V
b)
Range: 800 m
Ringe: 200 m
Darstellung im Relativ-Mode, vorausorientiert (RM, HU)
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Erzielbare Reichweite von Radaranlagen
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Radiales und Azimutales Auflösungsvermögen im Entfernungsbereich 1200 m
Ziel 2
Vorauslinie
Ziel 1
Antennenstandort
Radiales Auflösungsvermögen:
15 m oder besser
Vorauslinie
Ziel 1
Antennenstandort
Ziel 2
Azimutales Auflösungsvermögen:
1,2 ° oder besser
• Nahauflösung (Minimum range): 15 m oder besser
• Radiales Auflösungsvermögen: 15 m oder besser
• Azimutales Auflösungsvermögen: ≤ 1,2 °(R ≤ 1200 m)
• Sendeimpulsdauer:
≤ 50 ns (R < 2000 m)
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• Einheitliche Entfernungsbereiche
• Einheitliche Ringabstände (Maßstäbe)
• Bildschirmdurchmesser: ≥ 27 cm
• Bildorientierung: Relative Mode, Head Up
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Azimutale Zielverbreiterung durch die Antennenkeule
Drehrichtung der Antenne
1
2
3
Radarobjekte werden im Radarbild
immer breiter dargestellt als sie sind
Gleichartige Punktziele
Darstellung der Punktziele
im Radarbild
Zur Verdeutlichung ist die Antennenkeule
breiter dargestellt als sie in Wirklichkeit ist
Standort der Radarantenne
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Azimutale Lückenverschmälerung durch die Antennenkeule
Azimutal verlaufende Lücken
werden im Radarbild immer
schmaler dargestellt als sie in
Wirklichkeit sind
Lücke in der Zielstruktur
Darstellung der Lücke im Radarbild
Entfernungsabhängige Zielflächenverzerrung einer azimutal verlaufenden Lücke in der Zielstruktur
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Entstehung von Scheinzielen durch Ablenkung des Sendestrahls
Scheinziel
(Geisterschiff)
Zwei reale
Schiffe
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Echostärkenmodulation durch Mehrwegeausbreitung
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Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
Echostärkenmodulation durch Mehrwegeausbreitung
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 2:
Entwicklung der RADAR-Technik in der Binnenschifffahrt von
Christian Hülsmeyer bis heute
• Erinnerungen an Christian Hülsmeyer (1904)
• Meilensteine der Radartechnik von 1920 bis 1940
• Beginn der Radarnutzung in der Rheinschifffahrt (1953)
• Technische Entwicklung der Schiffsradargeräte seit 1953
• Ergonomische Verbesserungen an den Radargeräten
• Integration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Erinnerungen an Christian Hülsmeyer, Erfinder des RAD(AR)
Christian Hülsmeyer 1904
© Copyright 2007 Martin Hollmann
1881 Am 25.12. geboren in
Eydelstedt/Barnstorf
1887 – 1896 Volksschule
1896 – 1900 Lehrerseminar in Bremen
Erste Experimente mit
elektromagnetischen Wellen
1900 – 1902 Siemens Schuckert Werke Bremen
1902 – 1904 Entwicklung des Telemobiloscops
1904 Vorführungen in Köln, Düsseldorf
und Rotterdam
Patente in allen europäischen
Ländern
Gründung der „TelemobiloscopGesellschaft Hülsmeyer und
Mannheim“ in Köln
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Erinnerungen an Christian Hülsmeyer, das Telemobiloscop
Erste Radarvorrichtung ("Telemobiloscop") von Christian Hülsmeyer (1904) © Deutsches Museum München
Das Vorhandensein eines reflektierenden Gegenstandes wurde mit einer Klingel
signalisiert, die Richtung mithilfe eines Magnetkompasses ermittelt und angezeigt
(Radio Detecting).
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Demonstration des Telemobiloscops in Rotterdam
Demonstration in Rotterdam am 9.6.1904 , SS. COLUMBUS © Copyright 2005 Arthur O. Bauer
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Christian Hülsmeyer, Erfinder
1905
Christian Hülsmeyer 1955
© Copyright 2007 Martin Hollmann
Mangels Interesse wird die
Weiterentwicklung des
Telemobiloscops eingestellt
1907
Gründung der Firma
„Christian Hülsmeyer Kessel und
Apparatebau“ Düsseldorf
In den nachfolgenden Jahren:
180 nationale und internationale Patente
1953
Treffen mit Sir Watson Watt
während der DGON Konferenz
in Frankfurt
1954
Ehrung im „Haus der Technik“
in Essen durch Professoren der
RWTH Aachen (50 Jahre Jubiläum)
1957
Am 31.01. verstorben während
eines Aufenthalts in Ahrweiler,
Beerdigung in Düsseldorf
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Meilensteine der Radartechnik von 1920 bis 1940
1921
1922
1930
1931
1936
1939
1940 +
Erfindung des Magnetrons als leistungsfähige Senderöhre durch
Albert Wallace Hull
Die beiden Elektroingenieure Albert. H. Taylor und Leo C. Young vom
Naval Research Laboratory (USA) orten erstmals ein hölzernes Schiff.
Lawrence A. Hyland, ebenfalls vom NRL (USA), ortet erstmals
ein Luftfahrzeug.
Ein Schiff wird mit Radar ausgerüstet. Als Sende- und Empfangsantennen
werden Parabolantennen mit Hornstrahlern eingesetzt.
Entwicklung des Klystrons durch die Entwicklungsingenieure der Firma
General Electric, George F. Metcalf und William C. Hahn, das als
Verstärker oder Oszillator Verwendung findet.
Zwei Physiker an der Universität von Birmingham in England,
John Turton Randall und Henry Albert Howard Boot, entwickelten
ein leichtes, aber leistungsfähiges Magnetron für ein Mikrowellenradar
und bauten es in die B- 17 Bomber ein.
Unterschiedliche Radaranlagen werden in den USA, Russland, Deutschland,
Frankreich und Japan entwickelt (Literatur: MIT Radiation Lab Series).
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Beginn der Radarnutzung in der Rheinschifffahrt 1953
In den Jahren 1953 bis 1955 unternahm Kapitän Kurt Grob von der Schweizer Reederei
mit dem MS Valcava Versuchsfahrten mit einem Radargerät des Typs DECCA 159B .
Diese führten nicht nur zur Entwicklung eines auf die Bedürfnisse der Binnenschifffahrt
zugeschnittenen Radargerätes, sondern auch zu weiteren Erkenntnissen wie der
Notwendigkeit eines Wendeanzeigers zur rechtzeitigen Erkennung der Schiffsdrehung.
Decca Seeschiffsradar Typ 159B
(1949 entwickelt)
Fotos: http://woottonbridgeiow.org.uk/decca-legacy/chapter4.php#4.1
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Erstes Radargerät für die Binnenschifffahrt: Decca Radar 214 (1956)
Decca Radar 214
Betriebsfrequenz: 9,4 GHz
Sendeleistung:
10 kW
-3dB-Keulenbreite: 1,2 °
Sendepulsdauer:
50 ns
Bildschirm-Ø:
16 cm
E-Bereiche:
ab 800 m
Einige Kenngrößen des Decca
Radar 214 wurden in die ersten
Radarvorschriften der ZKR von
1959 übernommen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Nach den ZKR Vorschriften von 1959 zugelassene Radargeräte
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
Typ
214
7D6-R, 7D6-RS
SMA-3, N10F 1-RH
215
14/9 R
14/9 R2
216
8 GR 260/00
Hersteller
Decca, London
Terma, Aarhus
SMA, Florenz
Zul.-Inhaber
Debeg, Hamburg
ELAC, Kiel
Villars & Co.,
Baden-Baden
Decca, London
DEBEG, Hamburg
K.-Hughes, London ELNA, Hamburg
K.-Hughes, London ELNA, Hamburg
Decca, London
Debeg, Hamburg
Philips, Hilversum Elektro-Spezial,
Hamburg
K.-Hughes, London ELNA, Hamburg
9 17 GR, 17 GR-20,
17 GR-40, 17 GR 3m
10 T 217 Z, T 217 Z b,
Decca, London
T 218 Z, T 218 Z b,
T 219 Z, T 220 Z
11 Precision Navigator JFS electronic,
Rotkreuz
12 17/12 GR,
K.-Hughes, London
17/12 GR 2,3m,
17/12 GR 3m
13 Astaron 250 R
Astaron Bird, Poole
F-Bereich (MHz)
9320 – 9480
9375
9375
Zul.-Tg.; Zul.-Nr.
19.06.56; 083/56
08.12.59; 111/59
23.12.59; 119/59
9330 - 9480
9320 - 9500
9320 - 9500
9320 - 9480
31800-33400 oder
34500-35200
9445
04.07.60; 122/60
13.07.60; 125/60
20.06.61; 129/61
16.08.62; 137/62
26.06.63; 143/63
18.06.64; 166/64
Debeg, Hamburg 9445
02.09.65; 190/65
KA-Elektronik,
Bremen
ELNA, Hamburg
9375
05.01.66; 193/66
9445
19.06.67; 220/67
9410
16.01.69
Bruno Peter,
Bremen
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Anordnung und Verbindung der Radargeräte-Komponenten
In den 70er Jahren gab es die Außeneinheit des
Radargerätes Decca 1216/1219 in zwei
Ausführungen. Eine mit integriertem Transceiver
(links), die andere mit abgesetztem Transceiver
und Hohlleiterverbindung.
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In der Anfangsphase waren nur die Antenne, der
Antriebsmototor und der Synchrongenerator im
Freien untergebracht. Antenne und Transceiver waren
über einen Hohlleiter miteinander verbunden.
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Betriebsfrequenz und Antennenabmessungen
Die Frequenzbereiche der nachstehenden Tabelle konnten von der Zivilen Schifffahrt
genutzt werden. Nahezu unabhängig vom Antennentyp (ob Parabolspiegel oder
geschlitzter Hohlleiter) hängt die erforderliche Länge der Radarantenne (L) sowohl von
der geforderten Keulenbreite (ε) der Antennenkeule als auch von der Wellenlänge (λ) der
Betriebsfrequenz ab.
Als Faustformel gilt:
ε ≈ 70 * λ/L (mit ε in ° sowie λ und L in m)
und somit
L ≈ 70 * λ/ε
Zur Erzielung der gewünschten Antennenkeulenbreite von 1,2 ° sind je nach
Betriebsfrequenz Antennenlängen zwischen 0,55 m und 5,8 m erforderlich.
Frequenz f
in GHz
Wellenlänge λ
in cm
Keulenbreite ε ε
in °
Antennenlänge L
in m
2,9 – 3,1
10
1,2
5,8
9,3 – 9,5
3,2
1,2
1,8
33,4 – 36,0
0,9
1,2
0,55
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Betriebsfrequenz und Antennenabmessungen
9-mm-Radar PHILIPS 8 GR 260/00
Die Firma Philips entwickelte im Jahr 1963 ein 9-mm-Radar (Betriebsfrequenz um
33 GHz), das mit einer Antennenlänge von etwa 1 m eine Keulenbreite von etwa 0,6 °
erzielte, also eine sehr gutes Winkelauflösungsvermögen besaß.
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Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Betriebsfrequenz und Antennenabmessungen
Dämpfung in dB/km
Die 9-mm-Mikrowelle des Radargerätes 8 GR
260/00 reflektierten Regen und Schnee so
stark, dass die die Nutzziele im Radarbild
überstrahlt wurden und das Radarbild bei
Niederschlägen für die Navigation nicht mehr
brauchbar war.
Andrerseits waren Frequenzen im 10-cmBand wegen der großen Antennen nicht
praktikabel.
Insofern ist der 3-cm-Bereich (9,3 – 9, 5 GHz)
ein guter Kompromiss zwischen noch
vertretbaren Antennenlägen einerseits und
akzeptabler Durchdringung von Regen
andererseits.
Frequenz in GHz
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Antennenformen
Parabolantenne DECCA Radar 214, etwa
2,1 m lang, (Feedhorn fehlt).
Keulenbreite im Azimut ≈ 1,2 ° (Bj: 1956)
Balkenantenne, etwa 2,7 m lang
mit geschlitztem Hohlleiter.
Keulenbreite im Azimut ≈ 0,8 ° (Bj: 2010)
Die ersten Radargeräte für die Binnenschifffahrt besaßen noch offene Parabolantennen.
Diese wurden in den 60er Jahren bereits durch Balkenantennen mit geschlitztem
Hohlleitern abgelöst.
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Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Radarsender
Nach wie vor wird das Magnetron als äußerst effektiver Energiewandler (Wirkungsgrad η ≈ 60 – 70 %) eingesetzt, der einen
Gleichspannungs-/Gleichstrom-Impuls in ein Mikrowellenschwingungspaket umsetzt.
Die Betriebsfrequenz ist dem Magnetron bereits bei der Herstellung
„in die Wiege gelegt“.
Auf Grund des geforderten radialen Auflösungsvermögens darf in
Entfernungsbereichen unter 2000 m die Sendeimpulsdauer nicht
über 50 ns liegen. Die Pulsleistung (Effektivwert der Sendeleistung
während des Sendeimpulses) betrug bis 1980 etwa 10 bis 20 kW.
Allein auf Grund des geringeren Rauschfaktors moderner Empfänger
konnte zwischenzeitlich die Pulsleistung ohne Einbußen in der
Systemleistung auf weniger als 5 kW reduziert werden.
Hier sei der Hinweis gestattet, dass im Gegensatz zu anderen RadarStandards die aktuellen Mindestanforderungen an Radargeräte für
die Binnenschifffahrt einen maximal zulässigen Wert für die
Pulsleistung enthalten.
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Magnetrons
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Radarempfänger
Hierbei handelt es sich nach wie vor um
einen Überlagerungsempfänger
(Superheterodyne-Empfänger), der das
Empfangsfrequenzband (9,3-9,5 GHz) auf
eine Zwischenfrequenzebene (meistens
60 MHz) heruntertransformiert.
Dazu benötigt er eine Mischstufe, einen
Oszillator und einen selektiven ZF-Verstärker.
In den 60er Jahren wurden Reflexklystrons als
Oszillator eingesetzt, später Gunn-Dioden.
Alle Verstärker waren in Röhrentechnik
gefertigt.
Heute sind MW-Vorverstärker, Mischer,
Oszillator, ZF-Stufen und Videodemodulator
in Streifenleitertechnik mit Halbleitern auf
einer Platine integriert.
http://aepmarineparts.com
Radarempfänger früher und heute
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Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der „Sende-Empfangs-Umschalter“ (Sende-Empfangs-Weiche)
Da eine Antenne sowohl zum Ausstrahlen des Sendeimpulses
als auch zum Empfangen der Radarechos verwendet wird,
muss der hoch empfindliche Empfänger vor den starken
Sendeimpulsen geschützt werden.
Dies übernahm anfangs die sogenannte TR-Zelle, ein kurzes
Hohlleiterstück, in dem zwei in einem Glashohlkörper
eingeschlossene Elektroden gegenüber stehen. Beim
Auftreten einer großen Leistung zündet zwischen den
Elektroden eine anhaltende Glimmentladung. Sie bildet für die
eintreffende Mikrowelle einen elektrischen Kurzschluss und
reflektiert die Leistung. Nachdem die Leistung abgesunken ist,
http://aepmarineparts.com
hört die Glimmentladung auf und die TR-Zelle wird wieder
Radar-“Frontend“ mit
durchlässig für Mikrowelle.
Heute leitet ein Zirkulator die Sendeimpulse vom Sender zur Magnetron, Zirkulator, Limiter
und Empfänger (von rechts.)
Antenne und die Radarechos von der Antenne zum
Empfänger. Zum Schutz des Empfängers werden reine
Halbleiter-Limiter (PIN-Dioden-Limiter) eingesetzt.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Das Realzeit-Sichtgerät mit nachleuchtender Bildröhre
Die Radarantenne tastet die Umgebung in
Polarform ab und liefert dem Sichtgerät
aufeinander folgende Videospeichen.
Im Sichtgerät wird der Elektronenstrahl in
der Braun‘schen Röhre synchron zur
Antennendrehung speichenweise von der
Mitte des Bildschirms nach außen
abgelenkt. Dabei hinterlässt er auf der
nachleuchtenden Innenbeschichtung des
Frontglases eine sichtbare Videospeiche.
Die Beschichtung übernahm nicht nur die
Visualisierung jeder Radarspeiche, sondern
auch deren Speicherung, denn nur
dadurch entstand das komplette Radarbild.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PPI-scope.jpg
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Seite 33
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Das Realzeit-Sichtgerät mit nachleuchtender Bildröhre
Trotz vieler Experimente mit verschiedenen
Materialien gelang es nicht, die Nachleuchtdauer der
Phosphorschicht in Radarbildröhren exakt auf einen
oder zwei Antennenumläufe zu begrenzen.
Im Gegenteil: Einerseits war die Helligkeit des
nachleuchtenden Bildes deutlich geringer als die der
aktuell geschriebenen Speiche, andererseits blieben
Radarziele auf dem Bildschirm manchmal noch
mehrere Antennenumdrehungen lang sichtbar.
Darüber hinaus war die Helligkeit des Radarbildes
stark von der Schreibgeschwindigkeit des
Elektronenstrahls abhängig und dadurch in den
kleinen Entfernungsbereichen besonders gering.
Die Erkennung und Auswertung des Radarbildes war
bei Tag sowieso und manchmal sogar auch bei Nacht
nur mit einem Sichtschutztubus möglich.
Decca Radar 214, vmtl. 1958
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Charge Coupled Device CCD, Prinzip
Schnelles
Schreiben
in das CCD
Die ersten Schritte hin zu einem Tagesichtbild
gelangen in den 80er Jahren mit dem Einsatz von
analogen Eimerkettenspeichern (Charge Coupled
Devices, CCD’s).
Das Videosignal einer Speiche wurde in Realzeit in
den Speicher geschrieben und während der
sogenannten Totzeit zwischen zwei Sendeimpulsen
langsam ausgelesen und auf den Bildschirm
geschrieben.
Dadurch war das Radarbild deutlich heller.
Langsames Auslesen des Videosignals aus dem CCD und Schreiben auf die
Leuchtschicht der Bildröhre
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t
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Tageslichtgerät
mit CCDZwischenspeicher:
JRC JMA 606 EA
baugleich mit
ELNA 3100 EA
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Mit dem Aufkommen digitaler
Halbleiterspeicher konnte für die
Bilddarstellung das Raster-ScanPrinzip angewendet werden. Hierbei
wird das Bild innerhalb einer
Sekunde mehr als 30 Mal dargestellt
und dadurch vom menschlichen
Auge als statisch wahrgenommen.
Die erforderliche Nachleuchtdauer
der Bildschirmbeschichtung liegt
unter 100 ms.
Das erste nach den 1990er ZKR
Vorschriften zugelassene Radargerät
arbeitete mit dem Spiral Scan. Mit
dieser Methode bleibt die Polarform
des Radarbildes erhalten. Ein ScanKonverter ist nicht erforderlich.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Raster-Scan-Tageslichtsichtgerät
mit spiralförmiger
Bilddarstellung:
ELNA 3300
baugleich mit
Kelvin Hughes RSR 1000
Ein Scan-Konverter war nicht
erforderlich.
Erstes nach den ZKR-Vorschriften
von 1990 entwickeltes
Radargerät
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Die Entwicklung von Sichtgeräten, die das vom Fernsehen und von Computermonitoren
bekannte kartesische Raster-Scan-Verfahren anwenden, erforderte zunächst die
Entwicklung aufwändiger Scan-Konverter, die das Radarbild von der Polarform in die
kartesische Form umwandeln.
Darstellung eines Radarbildausschnitts in Polarform (mitte) und in Zeilenform (rechts).
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Raster-Scan-Sichtgerät mit Scan-Konverter und
zeilenförmiger Bilddarstellung
(von links unten nach rechts oben)
SWISS RADAR JFS 364.
Orientierung: Portrait-Format.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Der Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät" , das erste Farbradar!
Raster-Scan-Sichtgerät mit Scan-Konverter und
zeilenförmiger Bilddarstellung
(von links oben nach rechts unten) und
Farbbildröhre:
TESLA RR 653.
Orientierung: Landscape-Format
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Ablösung der Bildröhren durch TFT Flachbildschirme
Ab dem Jahr 2000 wurden nach und nach
Elektronenstrahl-Bildröhren durch
TFT-Flachbildschirme ersetzt.
Im Gegensatz zu Elektronenstrahl-Bildröhren,
ganz besonders Farbbildröhren, sind TFT Bildschirme total unempfindlich gegen Magnetfelder und haben wegen der statischen
Bilddarstellung ein sehr ruhiges Bild.
Darüber hinaus benötigen Flachbildschirme
deutlich weniger Platz als Bildröhren und
erlauben ergonomisch günstigere EinbauPositionen.
Allerdings waren die ersten TFT Bildschirme zu
hell und mussten modifiziert werden. Aus dem
Grund wurden die Vorschriften ergänzt um die
erzielbare Mindest-Dimmung.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Bildgröße
In den 59-er Vorschriften war ein Bilddarstellungsmaßstab von etwa 1:10000 im 800-mEntfernungsbereich die Grundlage für den erforderlichen Bilddurchmesser von 160 mm.
Die 69er Vorschriften verlangten einen Bilddurchmesser von 270 mm, wahrscheinlich
basierend auf einem Maßstab von 1: 10000 im 1200-m-Bereich. Interessant ist, dass im
Zuge der Entwicklung der 89er Vorschriften zwei andere Überlegungen zum gleichen
Ergebnis führten:
a) Aus Gesprächen mit der Schifffahrt und Auswertung der nautischen Situation auf Rhein
und Mosel ergab sich eine erforderliche Bildschirmauflösung von 5 m im 1200-mEntfernungsbereich. Um diese Auflösung zu erreichen, sind etwa 1000 Pixel zu je ≈ 2,4 m x
2,4 m an der schmalen Kante eines rechteckigen Bildschirms erforderlich. Bei einer
Pixelgröße von 0,27mm x 0,27 mm ergibt sich eine Kantenlänge von 270 mm.
b) Will man das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges (etwa 1 Bogenminute) nur
zur Hälfte ausnutzen, so ergibt sich für den üblichen Betrachtungsabstand zum
Radarsichtgerät ebenfalls ein Bilddurchmesser von etwa 270 mm.
Deshalb wurde der geforderte Bildschirmdurchmesser von 270 mm aus den 79er
Vorschriften unverändert in die 90er Vorschriften übernommen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Entfernungsbereiche
Mit den 90er Vorschriften wurde die Gelegenheit genutzt, einheitliche
Entfernungsbereiche und Ringabstände vorzuschreiben, damit die Schiffsführer
unabhängig vom Fabrikat des Radargerätes auf jedem Schiff die selben
Darstellungsmaßstäbe vorfinden.
Rings 200 m
Range 800m
Entfernungsbereich
Ringabstand
500 m
100 m
800 m
200 m
1200 m
200 m
1600 m
400 m
2000 m
400 m
Range
Kleinere und größere
Entfernungsbereiche sind erlaubt.
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Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Bedienung des Radargerätes
Ein typisches Bedienelement trägt
- eine Bezeichnung,
- hat eine Betätigung und
- hat eine Einstellwertanzeige.
Während an den alten, hardware-dominierten Radargeräten alle
oben genannten Attribute mechanisch vorhanden waren, und
zwar direkt am Gerät, wurde zunächst die Tastatur vom
Sichtgerät getrennt.
Mit dem Aufkommen softwaregesteuerter Geräte wurden nach
und nach die Bezeichnung, die Einstellwertanzeige und
schließlich auch noch die Betätigung von Bedienelementen in
den Bildschirm gebracht und mit einem Zeigegerät (Maus oder
Trackball) bedient.
Hierbei ist darauf zu achten, dass die für die Bedienelemente
erforderlichen Bildschirmflächen außerhalb des relevanten
Radarbildbereiches liegen.
Interessant ist, dass viele Nutzer nach wie vor lieber mit Tasten
und Knöpfen arbeiten als mit einem Zeigegerät.
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Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Integration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
Ein zeitgemäßer Navigationsbildschirm im Steuerhaus eines
Binnenschiffes liefert eine
kombinierte Darstellung aus
- dem Radarbild,
- der elektronischen Flusskarte
Inland ECDIS und
- den Daten des automatischen
Identifizierungssystems Inland
AIS sowie
weiteren nautischen und
betrieblichen Daten, z.B.
- der Wendegeschwindigkeit,
- der Ruderlage und
- der Schiffsgeschwindigkeit.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Integration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
Differential GNSS Dienst nach IALA Standard in Europa
Zur Ermittlung der eigenen Schiffsposition und
somit zur Positionierung der elektronischen
Flusskarte und der AIS-Daten ist ein satellitengestütztes Navigationssystem (GNSS) erforderlich.
Zurzeit ist ein GPS Navigationssystem in ganz Europa
verfügbar.
Seine Genauigkeit reicht für die strategische
Navigation und für den Informationsmodus von
Inland ECDIS Geräten aus.
Die deutschen See- und Binnenwasserstraßen
sind durch ein DGNSS Netzwerk mit
7 MW-Sendern versorgt http://wsv.de/fvt/
Für die Genauigkeit der Kartenpositionierung im
Navigationsmodus bestehen höhere Anforderungen,
die ohne einen Differential-Dienst nicht erreicht
werden können. Dafür wird der IALA DGNSS Dienst
zur Verfügung gestellt. Entlang der größten
Binnenwasserstraßen in Europa sind IALA DGNSS
Referenzstationen vorhanden oder geplant.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der Binnenschifffahrt
Integration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
Positionierung und Orientierung der Karte unter dem Radarbild
Das Kartensystem erhält die genaue Position
der Radarantenne, berechnet aus den Daten
eines GPS-Empfängers unter
Berücksichtigung des zweidimensionalen
Standortversatzes zur Radarantenne.
Damit kann die Kartenposition exakt unter
das Radarbild gelegt werden.
Zur Kartenorientierung ist der
Kompasswinkel (Heading) erforderlich. Der
kann von einem GPS-Kompass geliefert
werden.
Falls keine Heading vorhanden ist, kann die
Kartenorientierung nach dem
RADAR-MAP-MATCHING-Verfahren
erfolgen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 3:
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
• Definition der Navigation
• Geschäftsprozess des navigierenden Schiffers
• Vergleich der visuellen Navigation mit der Radarnavigation
• Rechtlicher Rahmen (ZKR-und EU-Vorschriften)
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Definition der Navigation
Unter Navigation in der Binnenschifffahrt ist die
Aufgabe des Schiffsführers zu verstehen, das Schiff auf
dem gewünschten Kurs innerhalb des Fahrwassers bzw.
der Fahrrinne zum Ziel seiner Reise zu führen unter
Berücksichtigung der bestehenden Regeln und der
Sicherheit aller Beteiligten.
Dabei interessieren ihn weniger die geographischen
Positionen der beteiligten Schiffe in Längen- und
Breitengraden, sondern vielmehr deren Kurs und
Abstand mit Bezug zum eigenen Schiff.
Im Gegensatz dazu navigiert der Schiffsführer auf Hoher See nach Wegpunkten,
die im Allgemeinen auf dem Großkreis,
der kürzesten Verbindung zwischen
Start und Ziel seiner Reise, liegen (Route
Planning, Route Monitoring).
Die Wegpunkte sind durch ihre geographischen Koordinaten (Lat, Lon) definiert.
www.nva-flieger.de/index.php/theorie/
navigation/erde-kartografie.html
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Der Geschäftsprozess des navigierenden Schiffers
Im Geschäftsprozess des navigierenden Schiffsführers laufen zyklisch in drei Ebenen
vier gleichartige Prozessschritte mit unterschiedlicher Aufdatierungsrate ab
Navigierender Schiffsführer
Prüfen
Strategisch
Entscheiden
Taktisch
Operationell
Beobachten
Steuern
des
Schiffes
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Handeln
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Operationelle, Taktische und Strategische Navigation
→ Der Operationellen Navigation ON zugeordnet sind
• das Steuern des Schiffes, also die notwendige unmittelbare Reaktion auf
Kursänderungen durch Strömung, Wind, Richtungsänderungen der Fahrrinne
sowie Ausweichvorgänge und Reaktionen im Rahmen von Begegnungen
• Manöver zum An- und Ablegen, Stoppen oder Wenden.
→ Die Taktische Navigation TN umfasst
• die Erfassung der Verkehrslage (Verkehrsteilnehmer, Fahrtrichtungen und
Geschwindigkeiten),
• die Einschätzung der zu erwartenden Verkehrssituationen in den kommenden
Minuten (je nach Revier auch länger) sowie
• die Absprache des eigenen Verhaltens (Begegnungen, Vorfahrtsregelung,
Überholvorgänge, Wartevorgänge) mit den betroffenen Verkehrsteilnehmern.
→ Die Strategische Navigation SN beinhaltet
• die Reiseplanung vom Start über den Weg bis zum Ziel der Reise,
• die Berücksichtigung von Verzögerungen durch den übrigen Verkehr, durch Umwege,
Wartezeiten, meteorologische Einflüsse usw.
• Die Einschätzung der mittelfristig zu erwartenden Verkehrssituation, Verabredungen
mit Auftraggebern und Lade-Lösch-Terminals.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Die Steuerung des Schiffes als Teil der Operationellen Navigation
Die Steuerung des Schiffes gehört überwiegend zur Operationellen Navigation, zum Teil
zur Taktischen Navigation und ist im technischen Sinne kein Steuerungs- , sondern ein
Regelungsvorgang, in dem der Schiffsführer nahezu kontinuierlich den Istwert des Kurses
auf den Sollwert bringt bzw. auf dem Sollwert hält.
• Den Istkurs ermittelt der Schiffsführer visuell durch den Blick aus dem
Steuerhaus und/oder ins Radarbild
• Den Sollkurs bildet der Schiffsführer aus der vorhandenen bzw. aus der
aufkommenden Verkehrssituation und weiteren Zwangspunkten
wie die Topographie der Schifffahrtsstraße und der Bauwerke.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Regelkreis der Steuerung eines Schiffes
Störung
(Wind, Strömung)
Ist- Kurs
Regelstrecke
(Schiffskurs)
+
+
Regler
(Schiffsführer)
-+
Mischstelle
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Soll- Kurs
-
Verzweigungsstelle
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Seite 54
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Informationsbedarf des navigierenden Schiffsführers bei guter Sicht
Für die Navigation relevante Informationen sind:
1. Verlauf des Fahrwassers bzw. der Ufer
2. Verlauf der Fahrrinne
3. Bauwerke (Brücken, Terminals, Anleger, Leitungskreuzungen)
4. Ort und Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer *)
- Gegenkommer, Stilllieger, Mitläufer
5. Eigene Position, Kurs, Bewegung und Geschwindigkeit
Den Istkurs ermittelt der Schiffsführer visuell durch den Blick aus dem Steuerhaus
über die Gösch zu einem Punkt an Land.
Den Sollkurs bildet der Schiffsführer aus der Umgebung und der aktuellen bzw.
aufkommenden Verkehrssituation.
*) Verkehrserfassung über den Sichtbereich hinaus bzw. Absprachen sind
nur über Funk möglich!
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Ermittlung von Ist- Kurs und Soll-Kurs
Ist-Kurs
Soll-Kurs
Ermittlung von Ist- und Sollkurs während der visuellen Navigation (Zentralperspektive)
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Seite 56
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Informationsbedarf des Schiffsführers während der Radarfahrt
Für die Navigation relevante Informationen sind:
1. Verlauf des Fahrwassers bzw. der Ufer
2. Verlauf der Fahrrinne
3. Bauwerke (Brücken, Terminals, Anleger, Leitungskreuzungen)
4. Ort und Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer *)
- Gegenkommer, Stilllieger, Mitläufer
5. Eigene Position, Kurs, Bewegung und Geschwindigkeit
Den Istkurs erkennt der Schiffsführer aus dem Verlauf der Vorauslinie mit Bezug zum
Land bzw. zur Wasserstraße.
Den Sollkurs bildet der Schiffsführer aus der Umgebung und der aktuellen bzw.
aufkommenden Verkehrssituation.
*) Verkehrserfassung über den Radarsichtbereich hinaus bzw. Absprachen sind
nur über Funk möglich!
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
Ermittlung von Ist- Kurs und Soll-Kurs
Ist-Kurs
Soll-Kurs
Ermittlung von Ist- und Sollkurs während der Radarnavigation (PPI-Darstellung)
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Seite 58
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 4:
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
• Maßnahmen zur Gewährleistung einer sicheren und leichten Navigation mit
RADAR in der Binnenschifffahrt
• Ausstattung der Schifffahrtsstraßen
• Ausrüstung der Schiffe
• Ausbildung und Prüfung der Schiffsführer
• Maßnahmen zum Erhalt der Voraussetzungen und Fähigkeiten der
Schiffsführer
• Rechtlicher Rahmen (ZKR-und EU-Vorschriften)
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Seite 59
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Ausstattung der Schifffahrtsstraßen
Visuelle Schifffahrtszeichen
erhalten Radarreflektoren
 an Brücken werden Maßnahmen
zur Verminderung von Mehrfachreflexionen durchgeführt
Brückenpfeiler werden mit
Reflektoren gekennzeichnet
Leitungskreuzungen werden bei
Bedarf mit
Reflektoren
markiert
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Seite 60
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Verwendung geeigneter Radarreflektoren
Die Systemleistung von
Navigationsradaranlagen für die
Binnenschifffahrt ist für einen
Standardreflektor mit einem
Rückstrahlvermögen von
RCS = 10 m² ausgelegt.
Der aus ebenen Metallblechen
hergestellte Corner-Reflektor ist
die kostengünstigste Lösung.
Er wird als Einzel-Reflektor z.B. zur
Markierung von Brückenpfeilern
oder in einer Kombination von
Corner-Reflektoren zur Ausrüstung
von Tonnen und Baken hergestellt.
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NB: Alle Reflektoren 50 cm Ø
Dr. H.E. Speckter IALA 1980
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Günstige Trassierung benachbarter Brücken
Zur Minimierung nachteiliger Auswirkungen von Mehrfachreflexionen zwischen
benachbarten Brücken werden diese entweder unmittelbar nebeneinander oder
mit einem Mindestabstand von 150m trassiert.
Geisterbrücken
~0m
>= 150 m
Radartechnisch günstige Trassierung benachbarter Brücken
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Seite 62
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Vermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen in Brücken
Brückenstreufeld durch Mehrfachreflexionen
im Brückenunterbau
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Vermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen an Brücken
Uferspiegelung
an der
Außenseite
einer Brücke
Gespiegelter
Uferbewuchs
Radarecho vom
Uferbewuchs
Mosel aufwärts
unterhalb des
Trierer Hafens
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Seite 64
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Vermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen in Brücken
Einbau schräggestellter Bleche oder Beschichtung mit Radarabsorbermatten
Radartechnisch ungünstiger Brückenquerschnitt
(hohe Längsträger mit großem Abstand)
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Seite 65
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Eigenschaften von Radarabsorbermatten
Reflexionsdämpfung von mindestens 13 dB (95% Absorption)
im Frequenzbereich 9,3 bis 9,5 GHz
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Seite 66
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
Vermeidung großer parallel verlaufender Flächen
Radartechnisch ungünstiger Brückenquerschnitt
(hohe Längsträger mit großem Abstand)
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt
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Seite 67
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
Vermeidung von Hohlräumen im Unterbau der Brücke
Radartechnisch günstiger
Brückenquerschnitt
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt,
optimiert zur Vermeidung äußerer Reflexionen
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Seite 68
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
Verwendung schräg stehender Konstruktionselemente
>= 5 °
Radartechnisch günstiger
Brückenquerschnitt
Radartechnisch günstige
Brückenkonstruktion
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Seite 69
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Brückenpfeilern
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Seite 70
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
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Seite 71
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
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Seite 72
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
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Seite 73
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
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Seite 74
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
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Seite 75
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Markierung von Leitungskreuzungen, Lokales Beispiel:
Radartechnische Begutachtung der BUGA-2011- Seilbahn-Varianten i.J. 2007
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Seite 76
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Ausrüstung der Schiffe
Gewährleistung hoher Qualität und
Verfügbarkeit der Navigationsgeräte
sowie des Einbaus durch:
• Typprüfung und Typzulassung von
Navigationsgeräten
• Anerkennung von Fachfirmen
• Einbau von Navigationsgeräten
durch Anerkannte Fachfirmen
• Periodische Funktionsprüfungen an
Bord durch Anerkannte Fachfirmen
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Seite 77
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Ausbildung und Prüfung der Schiffsführer
Ausbildung und Prüfung von Radarpatentbewerbern
- Erstellung und Aufdatierung von Lehr- und
Prüfungsinhalten
- Durchführung von Vorbereitungslehrgängen
- Mitwirkung bei Prüfungen zum Erwerb des
Radarpatentes
Spezifikation, Prüfung und Zertifizierung von
Radarsimulatoren
- Erstellung von Lastenheften mit binnenschifffahrtsspezifischen Anforderungen
- Abnahmeprüfungen und Zertifizierung von
Radarsimulatoren
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Maßnahmen zum Erhalt der Voraussetzungen
→ „Radartechnische Wartung“ der Schiﬀfahrtsstraße
- Up-to-date-Haltung der Wasserstraßenkarten (ENC‘s)
- Rückschnitt des ins Wasser ragenden Uferbewuchses vor und hinter Brücken,
insbesondere bei Krümmungen
→ „Radartechnische Begleitung“ von Baumaßnahmen an Schiﬀfahrtsstraßen
- Radartechnische Begutachtung von Brückenplänen, Uferbauwerken und
Leitungskreuzungen mit dem Ziel „radartechnisch verträglicher Konstruktionen“.
→ Typprüfungen für NavigaFonsgeräte beibehalten
- Typprüfungen sind notwendig und gerechtfertigt und werden sowohl von Herstellern
als auch von Genehmigungsinhabern erwünscht und geschätzt.
→ Radar-Betriebsfrequenzbereich beibehalten
- Radarabsorber an Brücken sind auf den Frequenzbereich 9,3 – 9,5 GHz abgestimmt.
- Der Frequenzbereich ist hinsichtlich Antennengröße und Regendurchdringung ideal.
→ Die Entwicklung geeigneter Radarsimulatoren fördern
- Radarsimulatoren müssen binnenschifffahrtsspezifische Radarbilder und Szenarien
realistisch nachbilden können.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
Maßnahmen zum Erhalt der Fähigkeiten des Schiffsführers
→ Nutzung der Radaranlage bei guter Sicht!
Schiffsführer sind gut beraten, die Radaranlage auch bei guter Sicht zu nutzen.
- Mit der Radaranlage können Entfernungen genauer, also wesentlich besser als mit dem
bloßen Auge bestimmt werden,
- Funktionsstörungen an der Radaranlage werden frühzeitig entdeckt und können behoben
werden, bevor es "ernst" wird,
- man bleibt in Übung mit der Bedienung der Radaranlage und mit der Interpretation des
Radarbildes,
- die Ursachen und Zusammenhänge bestimmter Radarbildstörungen wie Scheinziele oder
Abschattungen lassen sich bei guter Sicht besser erklären.
→ Bedienungsanleitungen und Schulungsunterlagen (gelegentlich wieder mal) lesen!
→ Erfahrungen und Erkenntnisse mit Kollegen besprechen!
→ Regelmäßige Weiterbildungsmaßnahmen und Nachschulungen wahrnehmen!
- Radargeräte und andere Navigationsgeräte können nur optimal genutzt werden, wenn
die Bedienung der Geräte und die fachlich korrekte Interpretation der Anzeigen gewährleistet ist. Da die Geräte komplexer und ihre Funktionen zahlreicher und umfangreicher
geworden sind, ist der Zeitaufwand für Weiterbildungen erforderlich und gerechtfertigt.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
1958
1959
ZKR-Beschluss 1958-III-21 vom 09.11.1958
Inkrafttretung am 01.01.1959
1969
1969
ZKR-Beschluss 1969-II-18
Inkrafttretung am 01.10.1969
1989
1990
ZKR-Beschlüsse 1989-II-33/34/35
Inkrafttretung am 01.01.1990
2001
2008
2009
ZKR-Beschluss 2008-II-11 vom 27.11.2008
(EU-weite) Inkrafttretung am 01.12.2009
18 Jahre
21 Jahre
11 Jahre
ZKR-Vorschriften für Radargeräte, Chronologische Entwicklung ab 1958
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz
Die ETSI- Arbeitsgruppe
ERM/RP1, später /TG26
erhielt den Auftrag, aus den
ZKR-Vorschriften einen
europäischen Standard für
Navigationsradaranlagen für
die Binnenschifffahrt zu
entwickeln und begann am
26.08.2001 mit der
Erarbeitung.
Nach Zustimmung aller EUMitgliedsstaaten wurde der
Standard EN 302 194
im Jahr 2006 eingeführt.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 5:
Das LANDRADARSYSTEM zur Verkehrsbeobachtung in der
Gebirgsrheinstrecke zwischen Oberwesel und St. Goar
• Radargestützte Verkehrssignalisierung in der „Wahrschaustrecke“
• Fahrspurbedarf von Schiffen (besonders der Talfahrt) in Kurven
• Standorte und Erfassungsbereiche der Radarstationen
• Auswahl geeigneter Radarsensoren
• Arbeitsplatz des Wahrschauers in der Revierzentrale Oberwesel
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Das Wahrschausystem in der Gebirgsrheinstrecke.
Vier Signalstellen informieren die Bergfahrt über die
entgegenkommende Talfahrt.
„Am Ochsenturm“
„Am Betteck“
„Gegenüber der Loreley“
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„An der Bank“
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Fahrspurbedarf von Schiffen (besonders die Talfahrt) in Kurven
Container-Koppelverband zu Tal um Kammereck und Betteck
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Standorte und Erfassungsbereiche der Radarstationen
N
Zone C
R2
Zone B
Zone D
Zone F
Zone A
Zone E
R4
R3
R1
Zone G
Grenze des Erfassungsbereichs einer Radaranlage
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Auswahl geeigneter Radarsensoren
Für den Einsatz an der Gebirgsrheinstrecke wurden
handelsübliche Sendeempfänger von Binnenschiffsradaranlagen gewählt, aus folgenden Gründen:
Die Mindestanforderungen hinsichtlich Reichweite und
Auflösungsvermögen sind identisch mit den
Mindestanforderungen an Bord.
Darüber hinaus sprechen wirtschaftliche Gründe für
diese Radargeräte, da sie
zuverlässige und langlebige Serienprodukte sind,
preiswert sind (Faktor 5 bis 10 im Vergleich zu VTS-Radaranlagen). VTS steht für Vessel Traffic Services),
mit geringer, aber ausreichender Leistung senden und
durch die Integration mit Inland ECDIS und Inland AIS VTSFunktionalität erreichen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Arbeitsplatz des Wahrschauers in der Revierzentrale Oberwesel
Merkmale:
- Linienhafte Reviere erfordern die konsekutive Aufteilung auf mehrere Bildschirme
- Alle Bilder besitzen dieselbe geographische Orientierung (hier: Norden nach links)
- Einheitlicher, zweckmäßiger Darstellungsmaßstab auf allen Bildschirmen,
- Feste Revierzuordnung (Default-Werte) aller Bildschirme auf Knopfdruck
- Kontinuierliche sekundengenaue Datenaufzeichnung im Ringspeicher
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Arbeitsplatz des Wahrschauers in der Revierzentrale Oberwesel
Integration von Radarbild, Inland ENC und Inland AIS
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der Gebirgsrheinstrecke
Unfalluntersuchung an Hand aufgezeichneter Radarbilder
Havarie des TMS WALDHOF am 13.1.2011
Die in der RVZ Oberwesel aufgezeichneten
Radarbilder waren eine unverzichtbare Hilfe
bei der Untersuchung des Unfallhergangs.
Im nebenstehenden Bild sind die aus den
Radarbildern ermittelten Schiffsumrisse im
Zeitraum von etwa 04:41 Uhr bis 04:53 Uhr
eingetragen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Teil 6:
Stand der Technik / Blick in die Zukunft
• Bedeutung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• Entwicklungsperspektiven
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Stand der Technik / Blick in die Zukunft
Bedeutung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Radar ist heute als leistungsfähiges und zuverlässiges Hilfsmittel in der Binnenschifffahrt
anerkannt und ist derzeit das einzige Hilfsmittel, das die Weiterfahrt bei unsichtigem
Wetter ermöglicht.
Die Investitionskosten für die Radarausrüstung sind gering im Vergleich zu den Baukosten
für ein Schiff, die Unterhaltungskosten sind äußerst gering.
Die Nutzung des Radars auch bei guter Sicht hat viele Vorteile.
Eine hohe Akzeptanz für Radar in der Schifffahrt ist vorhanden. Sie ist einerseits der
Standardisierung und Qualitätssicherung durch Typgenehmigung und fachkundigen
Einbau zu verdanken sowie der guten Ausbildung der Nutzer.
Trotz aller bereits erfolgten und absehbaren Innovationen wird Radar immer die
verlässliche Rückfallebene bleiben und die Umgebung um das eigene Schiff objektiv
darstellen, fachkundige Interpretation des Radarbildes vorausgesetzt!
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Stand der Technik / Blick in die Zukunft
Entwicklungsperspektiven
Durch die gemeinsame Darstellung von Radarbild, elektronischer Flusskarte Inland ECDIS
und den Daten des Automatischen Identifizierungssystems Inland AIS wird dem
navigierenden Schiffer sowohl bei unsichtigem Wetter als auch bei guter Sicht ein
Optimum an Informationen geboten. Dazu zählt auch die Wassertiefe. Daher wird die
gemeinsame Darstellung im sogenannten Navigationsmodus zum weit verbreiteten
Standard werden.
In Verbindung mit spezieller Software ermöglichen GNSS-Positions- und Winkelsensoren
(GPS- und GALILEO-Empfänger und -Kompasse) in Ergänzung zum RADAR präzise
Manöver zum An- und Ablegen sowie zur automatischen Wegsteuerung von Schiffen.
Das Pulsradarverfahren wird in der Binnenschifffahrt noch lange Bestand haben, denn
ein vollwertiger, die Mindestanforderungen erfüllender und mit den Pulsradaranlagen
verträglicher Ersatz durch „Solid State“- (FMCW-) Radare wurde bisher noch nicht
vorgestellt und ist auch in naher Zukunft nicht zu erwarten.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Literatur- und Bildquellen
Martin Hollmann
Deutsches Museum München
Arthur O. Bauer
http://www.cdvandt.org/index.htm
http://woottonbridgeiow.org.uk/decca-legacy
http://ITU.int
http://aepmarineparts.com
http://commons.wikimedia.org
http://footage.shutterstock.com
http://www.eydelstedt.de/Eydelstedt-old/index.html
http://web.mit.edu/klund/www/books/radlab.html
http://www.ccr-zkr.org
FVT Archiv
Prof. Dr.-Ing. Joachim Ender
Werner Lautenschläger
Kurt Grob
Gerhard Keßler, Museum Urmitz
Hinweis: Für alle nicht mit Quellenhinweisen und Copyright- Vermerken versehenen Bilder
und Graphiken gilt: © Hermann Haberkamp, Koblenz
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung von RADAR in der
Binnenschifffahrt
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Hermann Haberkamp
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