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28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 1
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung von RADARin der Binnenschifffahrt
Hermann W. 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 Gebirgsrheinstreckezwischen Oberwesel und St. Goar
6. Stand der Technik / Blick in die Zukunft
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• Fähigkeiten und Grenzen von RADAR für die Binnenschifffahrt
• Wirkungsweise von Radaranlagen für die Binnenschifffahrt
• Physikalische Effekte
Teil 1:Typische Eigenschaften von RADAR für die Binnenschifffahrt
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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 Objektenimmer 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.
RADAR:
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtEigenschaften, Fähigkeiten und Grenzen
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtDer Sendeimpuls wird mit einer Richtantenne ausgestrahlt
ti
Sendeimpuls mit hoher
Zeitauflösung
als Schwingungspaket
ti
Sendeimpuls
t1 = 200 ns t2 = 1000 ns
Ausbreitung des Sendeimpulses in der
Antennenkeule
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
R
0
Rz
t0 Rz/c 2 Rz/c
Ziel
Sendeimpuls Echo am Empfänger
Entstehendes Echo am Ziel
Impuls am Ziel
R = Range (Entfernung); c = LichtgeschwindigkeitKoordinatenursprung (0/0) = Standort der Radarantenne Rz = Zielentfernung; t = Zeit nach Impulsaussendung
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtDie Objektentfernung wird aus der Laufzeit des Echos ermittelt
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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 Retroreflexion
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtDie Retroreflexion macht Radarziele sichtbar
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
0 1 2 3 4 5
b)
0 1 2 3 4 5
V
a)
t/µs
V
t/µs
Range: 800 m Ringe: 200 m
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtDas Radarbild entsteht durch die Darstellung und Speicherungder Videosignale aufeinander folgender Speichen
Darstellung im Relativ-Mode, vorausorientiert (RM, HU)
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Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtErzielbare Reichweite von Radaranlagen
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Vorauslinie
Radiales Auflösungsvermögen:15 m oder besser
Antennenstandort
Ziel 1
Ziel 2
Azimutales Auflösungsvermögen:
1,2 ° oder besser
Vorauslinie
Antennenstandort
Ziel 1
Ziel 2
• 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)
• Einheitliche Entfernungsbereiche• Einheitliche Ringabstände (Maßstäbe)• Bildschirmdurchmesser: ≥ 27 cm• Bildorientierung: Relative Mode, Head Up
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtRadiales und Azimutales Auflösungsvermögen im Entfernungsbereich 1200 m
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Radarobjekte werden im Radarbild immer breiter dargestellt als sie sind
21
Drehrichtung der Antenne
Standort der Radarantenne
Gleichartige Punktziele
Darstellung der Punktzieleim Radarbild
Zur Verdeutlichung ist die Antennenkeulebreiter dargestellt als sie in Wirklichkeit ist
3
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtAzimutale Zielverbreiterung durch die Antennenkeule
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Azimutal verlaufende Lücken werden im Radarbild immer schmaler dargestellt als sie in Wirklichkeit sind
Entfernungsabhängige Zielflächenverzerrung einer azimutal verlaufenden Lücke in der Zielstruktur
Lücke in der Zielstruktur Darstellung der Lücke im Radarbild
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtAzimutale Lückenverschmälerung durch die Antennenkeule
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtEntstehung von Scheinzielen durch Ablenkung des Sendestrahls
Scheinziel(Geisterschiff)
Zwei realeSchiffe
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtEchostärkenmodulation durch Mehrwegeausbreitung
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Typische Eigenschaften von RADAR für die BinnenschifffahrtEchostärkenmodulation durch Mehrwegeausbreitung
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• 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
Teil 2:Entwicklung der RADAR-Technik in der Binnenschifffahrt von
Christian Hülsmeyer bis heute
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
1881 Am 25.12. geboren inEydelstedt/Barnstorf
1887 – 1896 Volksschule1896 – 1900 Lehrerseminar in Bremen
Erste Experimente mitelektromagnetischen Wellen
1900 – 1902 Siemens Schuckert Werke Bremen1902 – 1904 Entwicklung des Telemobiloscops
1904 Vorführungen in Köln, Düsseldorf und RotterdamPatente in allen europäischenLändernGründung der „Telemobiloscop-Gesellschaft Hülsmeyer undMannheim“ in KölnChristian Hülsmeyer 1904
© Copyright 2007 Martin Hollmann
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtErinnerungen an Christian Hülsmeyer, Erfinder des RAD(AR)
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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).
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtErinnerungen an Christian Hülsmeyer, das Telemobiloscop
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Demonstration in Rotterdam am 9.6.1904 , SS. COLUMBUS © Copyright 2005 Arthur O. Bauer
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDemonstration des Telemobiloscops in Rotterdam
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
1905 Mangels Interesse wird dieWeiterentwicklung des Telemobiloscops eingestellt
1907 Gründung der Firma „Christian Hülsmeyer Kessel undApparatebau“ Düsseldorf
In den nachfolgenden Jahren:
180 nationale und internationale Patente
1953 Treffen mit Sir Watson Watt während der DGON Konferenzin Frankfurt
1954 Ehrung im „Haus der Technik“ in Essen durch Professoren derRWTH Aachen (50 Jahre Jubiläum)
1957 Am 31.01. verstorben währendeines Aufenthalts in Ahrweiler,Beerdigung in Düsseldorf
Christian Hülsmeyer 1955© Copyright 2007 Martin Hollmann
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtChristian Hülsmeyer, Erfinder
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
1921 Erfindung des Magnetrons als leistungsfähige Senderöhre durchAlbert Wallace Hull
1922 Die beiden Elektroingenieure Albert. H. Taylor und Leo C. Young vomNaval Research Laboratory (USA) orten erstmals ein hölzernes Schiff.
1930 Lawrence A. Hyland, ebenfalls vom NRL (USA), ortet erstmalsein Luftfahrzeug.
1931 Ein Schiff wird mit Radar ausgerüstet. Als Sende- und Empfangsantennenwerden Parabolantennen mit Hornstrahlern eingesetzt.
1936 Entwicklung des Klystrons durch die Entwicklungsingenieure der FirmaGeneral Electric, George F. Metcalf und William C. Hahn, das alsVerstärker oder Oszillator Verwendung findet.
1939 Zwei Physiker an der Universität von Birmingham in England,John Turton Randall und Henry Albert Howard Boot, entwickeltenein leichtes, aber leistungsfähiges Magnetron für ein Mikrowellenradarund bauten es in die B- 17 Bomber ein.
1940 + Unterschiedliche Radaranlagen werden in den USA, Russland, Deutschland,Frankreich und Japan entwickelt (Literatur: MIT Radiation Lab Series).
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtMeilensteine der Radartechnik von 1920 bis 1940
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtBeginn der Radarnutzung in der Rheinschifffahrt 1953
Fotos: http://woottonbridgeiow.org.uk/decca-legacy/chapter4.php#4.1
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)
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtErstes Radargerät für die Binnenschifffahrt: Decca Radar 214 (1956)
Decca Radar 214
Betriebsfrequenz: 9,4 GHzSendeleistung: 10 kW
-3dB-Keulenbreite: 1,2 °Sendepulsdauer: 50 nsBildschirm-Ø: 16 cmE-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 BinnenschifffahrtNach den ZKR Vorschriften von 1959 zugelassene Radargeräte
Nr. Typ Hersteller Zul.-Inhaber F-Bereich (MHz) Zul.-Tg.; Zul.-Nr.
1 214 Decca, London Debeg, Hamburg 9320 – 9480 19.06.56; 083/562 7D6-R, 7D6-RS Terma, Aarhus ELAC, Kiel 9375 08.12.59; 111/593 SMA-3, N10F 1-RH SMA, Florenz Villars & Co., 9375 23.12.59; 119/59
Baden-Baden 4 215 Decca, London DEBEG, Hamburg 9330 - 9480 04.07.60; 122/605 14/9 R K.-Hughes, London ELNA, Hamburg 9320 - 9500 13.07.60; 125/606 14/9 R2 K.-Hughes, London ELNA, Hamburg 9320 - 9500 20.06.61; 129/617 216 Decca, London Debeg, Hamburg 9320 - 9480 16.08.62; 137/628 8 GR 260/00 Philips, Hilversum Elektro-Spezial, 31800-33400 oder 26.06.63; 143/63
Hamburg 34500-352009 17 GR, 17 GR-20, K.-Hughes, London ELNA, Hamburg 9445 18.06.64; 166/64
17 GR-40, 17 GR 3m10 T 217 Z, T 217 Z b, Decca, London Debeg, Hamburg 9445 02.09.65; 190/65
T 218 Z, T 218 Z b,T 219 Z, T 220 Z
11 Precision Navigator JFS electronic, KA-Elektronik, 9375 05.01.66; 193/66Rotkreuz Bremen
12 17/12 GR, K.-Hughes, London ELNA, Hamburg 9445 19.06.67; 220/6717/12 GR 2,3m,17/12 GR 3m
13 Astaron 250 R Astaron Bird, Poole Bruno Peter, 9410 16.01.69Bremen
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtAnordnung und Verbindung der Radargeräte-Komponenten
In der Anfangsphase waren nur die Antenne, der
Antriebsmototor und der Synchrongenerator im
Freien untergebracht. Antenne und Transceiver waren
über einen Hohlleiter miteinander verbunden.
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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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtBetriebsfrequenz 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 λin cm
Keulenbreite ε ε
in °
Antennenlänge Lin 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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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtBetriebsfrequenz und Antennenabmessungen
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.
9-mm-Radar PHILIPS 8 GR 260/00
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtBetriebsfrequenz und Antennenabmessungen
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-cm-Band 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
Däm
pfu
ng
in d
B/k
m
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtAntennenformen
Parabolantenne DECCA Radar 214, etwa 2,1 m lang, (Feedhorn fehlt).
Keulenbreite im Azimut ≈ 1,2 ° (Bj: 1956)
Die ersten Radargeräte für die Binnenschifffahrt besaßen noch offene Parabolantennen. Diese wurden in den 60er Jahren bereits durch Balkenantennen mit geschlitztem Hohlleitern abgelöst.
Balkenantenne, etwa 2,7 m langmit geschlitztem Hohlleiter.
Keulenbreite im Azimut ≈ 0,8 ° (Bj: 2010)
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 30
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Radarsender
Nach wie vor wird das Magnetron als äußerst effektiver Energie-wandler (Wirkungsgrad η ≈ 60 – 70 %) eingesetzt, der einen Gleichspannungs-/Gleichstrom-Impuls in ein Mikrowellen-schwingungspaket 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 Radar-Standards die aktuellen Mindestanforderungen an Radargeräte für die Binnenschifffahrt einen maximal zulässigen Wert für die Pulsleistung enthalten.
http://aepmarineparts.com
Magnetrons
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 31
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Radarempfänger
Hierbei handelt es sich nach wie vor um einen Überlagerungsempfänger (Superheterodyne-Empfänger), der das Empfangsfrequenzband (9,3-9,5 GHz) auf eine Zwischenfrequenzebene (meistens60 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
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 32
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer „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, hört die Glimmentladung auf und die TR-Zelle wird wieder durchlässig für Mikrowelle.Heute leitet ein Zirkulator die Sendeimpulse vom Sender zur Antenne und die Radarechos von der Antenne zum Empfänger. Zum Schutz des Empfängers werden reine Halbleiter-Limiter (PIN-Dioden-Limiter) eingesetzt.
http://aepmarineparts.com
Radar-“Frontend“ mit Magnetron, Zirkulator, Limiter und Empfänger (von rechts.)
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 33
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDas 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
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 34
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDas 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
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 35
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
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
tSchnelles Schreiben
in das CCD
Charge Coupled Device CCD, Prinzip
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 36
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Tageslichtgerätmit CCD-
Zwischenspeicher:
JRC JMA 606 EAbaugleich mitELNA 3100 EA
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 37
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Mit dem Aufkommen digitaler Halbleiterspeicher konnte für die Bilddarstellung das Raster-Scan-Prinzip 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 Scan-Konverter ist nicht erforderlich.
http://footage.shutterstock.com
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 38
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
Raster-Scan-Tageslichtsichtgerät mit spiralförmiger
Bilddarstellung:
ELNA 3300baugleich mit
Kelvin Hughes RSR 1000Ein Scan-Konverter war nicht
erforderlich.
Erstes nach den ZKR-Vorschriften von 1990 entwickeltes
Radargerät
http://footage.shutterstock.com
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 39
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer 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).
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 40
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer Weg zum „Tageslicht-Sichtgerät"
http://footage.shutterstock.com
Raster-Scan-Sichtgerät mit Scan-Konverter und zeilenförmiger Bilddarstellung
(von links unten nach rechts oben)SWISS RADAR JFS 364.
Orientierung: Portrait-Format.
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 41
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtDer 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
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 42
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtAblösung der Bildröhren durch TFT Flachbildschirme
Ab dem Jahr 2000 wurden nach und nach Elektronenstrahl-Bildröhren durchTFT-Flachbildschirme ersetzt.Im Gegensatz zu Elektronenstrahl-Bildröhren, ganz besonders Farbbildröhren, sind TFT Bild-schirme total unempfindlich gegen Magnet-felder und haben wegen der statischenBilddarstellung ein sehr ruhiges Bild.Darüber hinaus benötigen Flachbildschirme deutlich weniger Platz als Bildröhren und erlauben ergonomisch günstigere Einbau-Positionen.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 BinnenschifffahrtEntwicklung der Bildgröße
In den 59-er Vorschriften war ein Bilddarstellungsmaßstab von etwa 1:10000 im 800-m-Entfernungsbereich 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-m-Entfernungsbereich. 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 BinnenschifffahrtEntwicklung 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.
Entfernungsbereich Ringabstand
500 m 100 m
800 m 200 m
1200 m 200 m
1600 m 400 m
2000 m 400 m
Kleinere und größereEntfernungsbereiche sind erlaubt.
Range
Range 800m Rings 200 m
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtEntwicklung 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 von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtIntegration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
Ein zeitgemäßer Navigations-bildschirm 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
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 satelliten-gestütztes 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.
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.
Die deutschen See- und Binnenwasserstraßen sind durch ein DGNSS Netzwerk mit7 MW-Sendern versorgt http://wsv.de/fvt/
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtIntegration von RADAR, Inland ECDIS und Inland AIS
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 48
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Entwicklung der Radartechnik in der BinnenschifffahrtIntegration 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-Verfahrenerfolgen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• Definition der Navigation
• Geschäftsprozess des navigierenden Schiffers
• Vergleich der visuellen Navigation mit der Radarnavigation
• Rechtlicher Rahmen (ZKR-und EU-Vorschriften)
Teil 3:Navigation mit RADAR in der Binnenschifffahrt
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Unter Navigation in der Binnenschifffahrt ist dieAufgabe 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 undAbstand mit Bezug zum eigenen Schiff.
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtDefinition der Navigation
www.nva-flieger.de/index.php/theorie/navigation/erde-kartografie.html
Im Gegensatz dazu navigiert der Schiffs-führer 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 geogra-phischen Koordinaten (Lat, Lon) definiert.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigierender Schiffsführer
Beobachten
EntscheidenStrategisch
Taktisch
Operationell
Handeln
Prüfen
Steuerndes
Schiffes
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtDer Geschäftsprozess des navigierenden Schiffers
Im Geschäftsprozess des navigierenden Schiffsführers laufen zyklisch in drei Ebenen vier gleichartige Prozessschritte mit unterschiedlicher Aufdatierungsrate ab
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 52
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtOperationelle, 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 Fahrrinnesowie 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
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 demSteuerhaus und/oder ins Radarbild
• Den Sollkurs bildet der Schiffsführer aus der vorhandenen bzw. aus deraufkommenden Verkehrssituation und weiteren Zwangspunktenwie die Topographie der Schifffahrtsstraße und der Bauwerke.
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtDie Steuerung des Schiffes als Teil der Operationellen Navigation
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 54
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Soll- Kurs
Regelstrecke(Schiffskurs)
Regler(Schiffsführer)
Ist- Kurs
Störung(Wind, Strömung)
-
-
+
+
- +Mischstelle Verzweigungsstelle
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtRegelkreis der Steuerung eines Schiffes
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 55
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Für die Navigation relevante Informationen sind:1. Verlauf des Fahrwassers bzw. der Ufer2. Verlauf der Fahrrinne 3. Bauwerke (Brücken, Terminals, Anleger, Leitungskreuzungen) 4. Ort und Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer *)
- Gegenkommer, Stilllieger, Mitläufer5. 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 sindnur über Funk möglich!
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtInformationsbedarf des navigierenden Schiffsführers bei guter Sicht
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 56
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Ist-Kurs
Soll-Kurs
Ermittlung von Ist- und Sollkurs während der visuellen Navigation (Zentralperspektive)
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtErmittlung von Ist- Kurs und Soll-Kurs
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 57
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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, Mitläufer5. 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 sindnur über Funk möglich!
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtInformationsbedarf des Schiffsführers während der Radarfahrt
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 58
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Ermittlung von Ist- und Sollkurs während der Radarnavigation (PPI-Darstellung)
Ist-Kurs
Soll-Kurs
Navigation mit RADAR in der BinnenschifffahrtErmittlung von Ist- Kurs und Soll-Kurs
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 59
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• 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)
Teil 4:Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 60
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Leitungskreuzun-gen werden bei
Bedarf mit Reflektoren markiert �
Visuelle Schifffahrtszeichen erhalten Radarreflektoren �
an Brücken werden Maßnahmen zur Verminderung von Mehrfach-reflexionen durchgeführt
Brückenpfeiler werden mit Reflektoren gekennzeichnet �
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtAusstattung der Schifffahrtsstraßen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 61
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtVerwendung geeigneter Radarreflektoren
Die Systemleistung von Navigationsradaranlagen für die Binnenschifffahrt ist für einen Standardreflektor mit einem Rückstrahlvermögen vonRCS = 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.
NB: Alle Reflektoren 50 cm ØDr. H.E. Speckter IALA 1980
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 62
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Zur Minimierung nachteiliger Auswirkungen von Mehrfachreflexionen zwischen benachbarten Brücken werden diese entweder unmittelbar nebeneinander odermit einem Mindestabstand von 150m trassiert.
Radartechnisch günstige Trassierung benachbarter Brücken
~ 0 m >= 150 m
Geisterbrücken
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtGünstige Trassierung benachbarter Brücken
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 63
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtVermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen in Brücken
Brückenstreufeld durch Mehrfachreflexionen im Brückenunterbau
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 64
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Ufer-spiegelungan derAußenseiteeiner Brücke
Gespiegelter Uferbewuchs
Radarecho vom Uferbewuchs
Mosel aufwärtsunterhalb desTrierer Hafens
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtVermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen an Brücken
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 65
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Einbau schräggestellter Bleche oder Beschichtung mit Radarabsorbermatten
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtVermeidung / Verminderung von Mehrfachreflexionen in Brücken
Radartechnisch ungünstiger Brückenquerschnitt(hohe Längsträger mit großem Abstand)
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 66
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Reflexionsdämpfung von mindestens 13 dB (95% Absorption) im Frequenzbereich 9,3 bis 9,5 GHz
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtEigenschaften von Radarabsorbermatten
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 67
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Vermeidung großer parallel verlaufender Flächen
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt
Radartechnisch ungünstiger Brückenquerschnitt(hohe Längsträger mit großem Abstand)
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 68
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Vermeidung von Hohlräumen im Unterbau der Brücke
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt, optimiert zur Vermeidung äußerer Reflexionen
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 69
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Verwendung schräg stehender Konstruktionselemente
>= 5 °
Radartechnisch günstiger Brückenquerschnitt
Radartechnisch günstige Brückenkonstruktion
Maßnahmen zur Sicherung der Radarschifffahrt„Radargerechte“ Brückenkonstruktionen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 70
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Brückenpfeilern
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 71
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 72
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 73
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 74
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 75
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen
4
3
2
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 76
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMarkierung von Leitungskreuzungen, Lokales Beispiel:Radartechnische Begutachtung der BUGA-2011- Seilbahn-Varianten i.J. 2007
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 77
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtAusrüstung der Schiffe
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 78
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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 binnenschifffahrts-
spezifischen Anforderungen- Abnahmeprüfungen und Zertifizierung von
Radarsimulatoren
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtAusbildung und Prüfung der Schiffsführer
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 79
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
→ „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 undLeitungskreuzungen mit dem Ziel „radartechnisch verträglicher Konstruktionen“.
→ Typprüfungen für NavigaFonsgeräte beibehalten
- Typprüfungen sind notwendig und gerechtfertigt und werden sowohl von Herstellernals 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 Szenarienrealistisch nachbilden können.
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMaßnahmen zum Erhalt der Voraussetzungen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 80
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
→ 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, wenndie Bedienung der Geräte und die fachlich korrekte Interpretation der Anzeigen gewähr-leistet ist. Da die Geräte komplexer und ihre Funktionen zahlreicher und umfangreichergeworden sind, ist der Zeitaufwand für Weiterbildungen erforderlich und gerechtfertigt.
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtMaßnahmen zum Erhalt der Fähigkeiten des Schiffsführers
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 81
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Maßnahmen zur Sicherung der RadarschifffahrtZKR-Vorschriften für Radargeräte, Chronologische Entwicklung ab 1958
1958 ZKR-Beschluss 1958-III-21 vom 09.11.19581959 Inkrafttretung am 01.01.1959
1969 ZKR-Beschluss 1969-II-18 1969 Inkrafttretung am 01.10.1969
1989 ZKR-Beschlüsse 1989-II-33/34/351990 Inkrafttretung am 01.01.1990
2008 ZKR-Beschluss 2008-II-11 vom 27.11.20082009 (EU-weite) Inkrafttretung am 01.12.2009
11
Jah
re2
1 J
ahre
18
Jah
re
2001
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 EU-Mitgliedsstaaten wurde der
Standard EN 302 194im Jahr 2006 eingeführt.
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 82
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• 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
Teil 5:Das LANDRADARSYSTEM zur Verkehrsbeobachtung in der
Gebirgsrheinstrecke zwischen Oberwesel und St. Goar
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 83
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeDas Wahrschausystem in der Gebirgsrheinstrecke.
„Am Betteck“„Am Ochsenturm“
„Gegenüber der Loreley“ „An der Bank“
Vier Signalstellen informieren die Bergfahrt über die entgegenkommende Talfahrt.
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 84
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeFahrspurbedarf von Schiffen (besonders die Talfahrt) in Kurven
Container-Koppelverband zu Tal um Kammereck und Betteck
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 85
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
R1
R2
R3R4
Zone AZone B
Zone C
Zone EZone F
Zone G
Zone D
N
Grenze des Erfassungsbereichs einer Radaranlage
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeStandorte und Erfassungsbereiche der Radarstationen
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 86
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Für den Einsatz an der Gebirgsrheinstrecke wurden handelsübliche Sendeempfänger von Binnenschiffs-radaranlagen 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-Radar-anlagen). VTS steht für Vessel Traffic Services),
� mit geringer, aber ausreichender Leistung senden und
� durch die Integration mit Inland ECDIS und Inland AIS VTS-Funktionalität erreichen.
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeAuswahl geeigneter Radarsensoren
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 87
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
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
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeArbeitsplatz des Wahrschauers in der Revierzentrale Oberwesel
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 88
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeArbeitsplatz des Wahrschauers in der Revierzentrale Oberwesel
Integration von Radarbild, Inland ENC und Inland AIS
28.05.2015 Veranstaltung des VDE in der Hochschule Koblenz Dipl.-Ing.(FH) Hermann Haberkamp Seite 89
Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Das Landradarsystem in der GebirgsrheinstreckeUnfalluntersuchung an Hand aufgezeichneter Radarbilder
Havarie des TMS WALDHOF am 13.1.2011
Die in der RVZ Oberwesel aufgezeichnetenRadarbilder waren eine unverzichtbare Hilfebei der Untersuchung des Unfallhergangs.Im nebenstehenden Bild sind die aus denRadarbildern ermittelten Schiffsumrisse imZeitraum von etwa 04:41 Uhr bis 04:53 Uhreingetragen.
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• Bedeutung von RADAR in der Binnenschifffahrt
• Entwicklungsperspektiven
Teil 6:Stand der Technik / Blick in die Zukunft
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Entwicklung von RADAR in der Binnenschifffahrt
Stand der Technik / Blick in die ZukunftBedeutung 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 ZukunftEntwicklungsperspektiven
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 BinnenschifffahrtLiteratur- und Bildquellen
Martin HollmannDeutsches Museum MünchenArthur O. Bauerhttp://www.cdvandt.org/index.htmhttp://woottonbridgeiow.org.uk/decca-legacyhttp://ITU.inthttp://aepmarineparts.comhttp://commons.wikimedia.orghttp://footage.shutterstock.comhttp://www.eydelstedt.de/Eydelstedt-old/index.htmlhttp://web.mit.edu/klund/www/books/radlab.htmlhttp://www.ccr-zkr.orgFVT ArchivProf. Dr.-Ing. Joachim EnderWerner LautenschlägerKurt GrobGerhard Keßler, Museum Urmitz
Hinweis: Für alle nicht mit Quellenhinweisen und Copyright- Vermerken versehenen Bilderund Graphiken gilt: © Hermann Haberkamp, Koblenz