Inleiding positiebepaling op zee

Men kan de positie van een schip bepalen door de hoek te meten van twee bakens als men het geografische noorden kent (wat doorgaans wel het geval is, maar de nauwkeurigheid is meestal onvoldoende). Op de kaart trekt men een lijn vanaf beide bakens, en het schip is gelegen op de kruising van de twee lijnen. Door drie metingen te doen kan men de nauwkeurigheid vergroten.

Bij cabotage (navigeren langs de kustlijn) kan men een peiling doen (hoekmeting tussen verschillende vuurtorens en opvallende gebouwen langs de kustlijn). Daardoor is een nauwkeurige plaatsbepaling mogelijk door driehoeksmeting, maar het systeem werk slechts zolang de kustlijn zichtbaar is.

Varen met het compas is niet nauwkeurig genoeg en de plaatsbepaling doen door middel van hemellichamen (*) is niet praktisch genoeg voor militaire schepen. Men heeft dus een beter systeem nodig.

Een andere mogelijkheid is de afstand van het schip tot de bakens te meten. Met optische middelen is dat moeilijk te realiseren, maar dat is redelijk eenvoudig met radiogolven: de radiobakens zenden pulsen uit en het schip meet hoe lang het duurt totdat de pulsen het schip bereikt hebben.

Hier zijn eigenlijk ook drie bakens nodig, want men kan geen absolute tijdsmeting doen: men kan enkel een verschil in tijd meten. Met twee bakens ligt het schip op een hyperbool, en door een derde baken te gebruiken bekomt men een tweede hyperbool. Het schip ligt op de kruising van de twee hyperbolen. Hier komen de begrippen hyperbolisch navigatie en trilateratie bovendrijven.

Om een tijdsindicatie te hebben kan men met pulsen werken: men meet hoe lang het duurt totdat de puls de ontvanger bereikt. Het probleem is hier dat het moeilijk is perfecte pulsen te verwerken: in de ontvanger vormt de puls een heuveltje in plaats van een rechthoekige blok en de afstandsmeting is niet nauwkeurig.

Een andere moeglijkheid is te werken met een continue radiostraling en de fase te meten tussen de twee golven. Dit levert een nauwkeurige meting, maar het schip kan op verschillende plaatsen zitten, namelijk op alle plaatsen waar eenzelfde faseverschil is. Deze plaatsen liggen op een golflengte van elkaar, dus bij een frekwentie van 100kHz liggen de lijnen op een afstand van 3km van elkaar.

Door beide systemen te combineren kan men een nauwkeurige en eenduidende plaatsbepaling bekomen.

Goniometer

Maar voordat men de "time of flight" methode ging toepassen (afstandsmeting), heeft men de hoek die de radiobakens met elkaar maken proberen te gebruiken.

Deze radars werken op een frekwentie tussen 20 en 30MHz en hebben een bereik van honderden kilometers. In tegenstelling met meer moderne radars wordt er in alle richtingen uitgezonden. Iedere radar heeft een eigen frekwentie om beïnvloeding te vermijden. Door de goniometer te verdraaien kan men de richting van de zendmast bepalen. Door twee andere peilingen te doen kan men de plaats van het schip bepalen door driehoeksmeting.

De radarpulsen zijn duidelijk waarneembaar: het zijn korte maar krachtige pulsen van 25µs met een herhalingsfrekwentie van 25Hz, heel goed hoorbaar in de koptelefoon. Het is vergelijkbaar met de "woodpecker" (russische Duga radar van de koude oorlog). Omdat de maximale amplitude moeilijk te bepalen is gebruikt men de minimale amplitude: men verdraait de goniometer totdat er geen radarsignaal meer hoorbaar is in de koptelefoon.

Het systeem is goed bruikbaar als er mist is en een optische peiling niet mogelijk is, maar voldoet niet meer op volle zee: een fout van 1° betekent een afwijking van bijna 2km op 100km van de zender. En we zoeken een system met een bereik van duizend kilometer om convooien te begeleiden en duikboten op te sporen op volle zee. In de praktijk (op een woelige zee) geeft een goniometer een veel grotere afwijking.

Men heeft een systeem nodig die niet gebaseerd is op een hoekmeting, want dat is in de praktijk niet realiseerbaar. Men moet een systeem ontwikkelen die kan werken met een enkelvoudige staafantenne die vast in de mast opgesteld staat. De meting mag niet afhangen van het slingeren en stampen van het schip.

Ontwikkelingen tijdens de tweede wereldoorlog

Duitse radionavigatie

Radionavigatie I: de stralen die vliegtuigen naar hun doel kunnen leiden. De Duitsers gebruikten als eerste radiobakens om de nachtbommenwerpers naar hun doel te brengen. Dit systeem had als nadeel dat het doel van de missie gemakkelijk achterhaald kon worden. Van een verassingsaanval was er geen sprake meer! Het systeem dat oorspronkelijk ontworpen was als landingshulp bleek gevoelig te zijn voor storingen.

Ook de engelsen gebruikten een dergelijk systeem om de bommenwerpers te verwittigen dat ze het doelwit bereikt hadden.

Bernhard/Bernhardine

Radionavigatie II nadat de Engelsen het Knickebein systeem gekraakt hadden. Het is een vernuftigd systeem dat gebruik maakt van de Hellschreiber en is moeilijker te storen.

Engelse en amerikaanse navigatiesystemen

Gee, Decca, Loran: de toepassing van hyperbolische navigatie en trilateratie: eenzelfde systeem zal ook toegepast worden in moderne systemen zoals de GPS. Als men het signaal van meer dan 3 radiobakens (satellieten) ontvangt spreekt men van multilateratie.

Index huidige navigatiemiddelen

We hebben het hier specifiek over de navigatiemiddelen die aan boord van schepen gebruikt worden: het magnetisch compas, sterrennavigatie, het gyrocompas, traagheidsnavigatie,... De meeste systemen komen hier aan bod.