Aufbau, Funktion, Anwendung

      Terrestrische Navigation

Seehandbücher

Bei einer Seekarte handelt es sich um ein Karte, in welcher Seestraßen, Untiefen, Strömungen, Winde und weitere wichtige Informationen eingetragen werden. Auf dieser Karte ist ein bestimmtes Seegebiet abgebildet, in welchem sich der Seefahrer bewegt.
Karten ab dem 20 Jahrhundert enthalten außerdem noch Angaben über Wracks, Leuchtfeuer, Tiefen, Pipelines und vereinzelt auch Namen und Standorte einzelner Siedlungen und Berge, sowie Straßen und Landschaften. Diese Angaben helfen dem Navigator sich besser zu orientieren. Das Land ist beige eingefärbt, der Flachwasserbereich hellblau und der Hintergrund wird in weiß gehalten. Auf einer Seekarte ist das Abbild der Erde winkelgetreu nach dem Mercator-Prinzip auf einem Kreiszylinder abgebildet. Demnach sind die Längen- und Breitengrade gerade Linien und die arktischen, sowie die antarktischen Gebiete stark vergrößert abgebildet. In Deutschland werden die amtlichen Seekarten vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie herausgegeben. Um die Karte auch richtig „lesen“ zu können benötigt man einen Stechzirkel, einen Bleistift und 1-2 Kreisdreiecke. Ein Fernglas hilft bei der Identifizierung der angepeilten Seezeichen.
Mit Hilfe von verschiedenen Verfahren (z.B. Höhenlinienmethode) werden nacheinander Positionen in der Seekarte geometrisch konstruiert, indem man jeweils drei Linien zum Schnitt bringt. Diese sollten sich theoretisch alle im gleichen Punkt schneiden, bilden stattdessen jedoch ein Fehlerdreieck. Optisch ermittelte Positionen werden mit einem kleinen Kreis umgeben und per Funknavigation mit einem kleinen Dreieck ermittelt. Mit der jeweiligen Uhrzeit beschriftet werden die Positionen durch die Kurslinie verbunden. Um bei der Navigation besser mit den Seekarten zurechtzukommen, werden sie nicht gefaltet oder gerollt, sondern in einer Schublade ausgebreitet aufbewahrt.
Der einzige Nachteil der traditionellen Papierkarten jedoch, ist die aufwendige Nachführung der Karten durch den Navigator. Er muss eventuelle Änderungen, die vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie in den Nachrichten für Seefahrer veröffentlicht werden, von Hand in die Karten eintragen. Strömungsänderungen oder neue Seezeichen müssen dafür in die Karte für deren Laufendhaltung exakt übertragen werden. Bei den elektronischen Navigationssystemen werden Änderungen automatisch durch oft wiederholte Updates erneuert und somit bleibt die meist ungeliebte, zeitraubende Arbeit den Navigatoren erspart. Trotz der technischen Erneuerungen hat die Seekarte jedoch nicht ihren, über Jahrhunderte lang gehüteten, Platz in der Navigation verloren und wird somit auch Heute noch oft in die Positionsbestimmung mit einbezogen. (www.wikipedia.de, 22.02.05)

Sichtnavigation

Die Sichtnavigation gilt als die Älteste aller Methoden. Wie es sich schon von dem Namen her ableiten lässt, handelt sich dabei um die Navigation nach dem Auge. Man orientiert sich an Dingen, die man sehen kann, wie zum Beispiel: Küsten, Leuchttürme, markante Landmarken oder Sterne. Hierbei werden jedoch vorerst keine weiteren Instrumente verwendet, da es ausschließlich nur um die Dinge geht, welche mit dem bloßen Auge auszumachen sind.

Gradeinteilung auf der Erdoberfläche

Bevor die Geheimnisse der Positionsbestimmung näher erläutert werden, wird das Gradnetz der Erde erklärt. Mit Hilfe des Gradnetz kann man jeder Position auf der Erde eine Länge (genannt Meridian) und eine Breite (Breitenparallele) zuordnen.

Geographische Länge

Meridiane sind vom Nordpol zum Südpol verlaufende Halbkreise. Der Mittelpunkt jedes Meridians ist der Erdmittelpunkt. Ein Meridian wird festgelegt, indem man den Winkel zwischen Nullmeridian, Erdmittelpunkt und Meridian auf der Äquatorebene angibt. In der Abbildung zwei wird dieser Winkel mit λ gekennzeichnet. Der Nullmeridian ist dabei der Meridian der durch die Sternwarte von Greenwich (GB) verläuft. Zusätzlich zu dem Winkel muss noch angegeben werden, ob sich die Position östlich oder westlich von Greenwich befindet. Der größtmögliche Wert für einen Meridian ist also 180°. Dabei fallen 180° Ost und 180° West zu einem Meridian zusammen. In der Regel schreibt man jedoch nicht Ost und West sondern W für West und E (engl. East) für Ost um einer Verwechslungsgefahr mit einer Null vorzubeugen hinter die Koordinaten.

Geographische Breite

Breitenparallelen sind zum Äquator parallel verlaufende Kreise. Der Mittelpunkt einer Breitenparallele befindet sich immer auf der Erdachse, er ist jedoch nicht zwangsläufig auch der Erdmittelpunkt. Das ist nur beim Äquator selbst der Fall. Um eine Breitenparallele festzulegen, wird der Winkel zwischen Position, Erdmittelpunkt und Äquatorebene angegeben. Neben diesem Winkel muss noch angegeben werden ob sich die Position auf der Nord-oder Südhalbkugel befindet. Das geschieht meistens mit den Buchstaben N und S. Die Breitenparallele entspricht dem Winkel φ in der rechten Abbildung. (www.wikipedia.de, www.astronomie.de)

Grade, Minuten und Sekunden

Bei Positionsangaben ist es - anders als in der Mathematik -allgemein üblich, Winkel nicht in Dezimalgraden (also Winkelangaben mit Nachkommastellen) sondern in Graden und Minuten anzugeben. Eine Minute entspricht einem sechzigstel Grad. Die Minuten werden mit einem Hochkomma abgekürzt. Eine Positionsangabe kann zum Beispiel so aussehen:
-> Länge= 8°58’0’’ ; Breite= 48° 55’ 60’’ (Vaihingen an der Enz)
Bei der Minutenangabe werden die Stellen nach dem Komma normalerweise nicht mehr in Sekunden umgerechnet. Mit der Formel Dezimalgrade= Grade + ( Minuten/60) können Positionsangaben auch in den Taschenrechner eingegeben werden. Um mit den Angaben anschließend weiterrechnen zu können, sind die östlichen (südlichen) Längen negativ definiert. In vielen Fällen werden außerdem noch die Winkel in Radianten angegeben.

Kartesisches Koordinatensystem

Da sich das oben beschriebene Koordinatensystem nur schlecht eignet um darin Gleichungen aufzustellen oder dreidimensionale Positionsangaben zu verarbeiten ist es in vielen Fällen sinnvoll mit dem „Terrestrischen Kartesischen Koordinatensystem“ zu rechnen. Abbildung drei soll den Zusammenhang von geographischen Koordinaten und kartesischen Koordinaten veranschaulichen. Die X-Achse verläuft durch Erdmittelpunkt, Äquator und Nullmeridian. Die Y-Achse verläuft senkrecht zur X-Achse auf der Äquatorebene und durch den Erdmittelpunkt. Die Z-Achse steht senkrecht auf der Äquatorebene und ist identisch mit der Erdachse. Da man die Umrechnung von Kugelkoordinaten in Kartesische Koordinaten und umgekehrt in jeder Formelsammlung nachlesen kann, wird an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen.(www.astronomie.de)

      Astronavigation

Bei der astronomischen Positionsbestimmung wird zunächst der Ort eines Gestirns, z.B. der Sonne berechnet. Der Ort auf der Erde, an dem das Gestirn genau senkrecht über dem Beobachter steht wird Bildpunkt genannt. Aus dem Kimmabstand, dem Winkel zwischen Horizont und Gestirn, lässt sich der Abstand des Beobachters vom Bildpunkt berechnen. Man erhält also eine kreisförmige Standlinie auf der Erdoberfläche. Führt man die gleiche Prozedur mit einem anderen Gestirn (z.B. Mond oder Venus) durch, erhält man eine weitere kreisförmige Standlinie. Kombiniert man beide Standlinien miteinander, erhält man zwei Schnittpunkte. An einem dieser Schnittpunkte befindet sich der Beobachter. Der andere Schnittpunkt befindet sich in der Regel in einem ganz anderen Erdteil bzw. Kontinent, so dass keine Verwechslungsgefahr mit der richtigen Position besteht. Es ist entgegen vieler falscher Vorstellungen nicht möglich die Position aus Winkelmessungen zwischen Gestirnen zu errechnen: Die Erde ist, verglichen mit den riesigen Entfernungen zwischen den Gestirnen, nur ein winziger Punkt im Weltraum. Daher macht es keinen Unterschied ob der Winkel zwischen zwei Gestirnen in z.B. New York oder in Singapur gemessen wird, er ist immer gleich. Die Koppel-und Sichtnavigation lassen sich ebenfalls zu dem Bereich der Astronavigation zählen.

Mit dem Polarstern die Breite bestimmen:

Anhand der Zeichnung kann man erkennen, wie die Lichtstrahlen vom Polarstern (orange) auf die Erde fallen. Weil der Polarstern fast unendlich weit entfernt ist, kann man sagen, dass alle seine Lichtstrahlen parallel verlaufen. Der Beobachter misst nun z.B. mit einem Sextanten den Winkel zwischen Polarstern und Horizont (grüner Winkel Alpha). Jetzt verschiebt er den Winkel parallel mit der Horizontebene in den Erdmittelpunkt (rot).
Der Winkel zwischen dem Lot (der Richtung zum Erdmittelpunkt) und dem Horizont beträgt 90 Grad.
Also ist α+χ (violett) = 90°. Weiterhin ist χ+β (blau) = 90°. Also ist α+χ=β+χ und daher α=β.
Beta ist nichts anderes als die geographische Breite des Beobachters. Die Breite stimmt also mit dem gemessenen Winkel überein!

Koppelnavigation

Bei der Koppelnavigation ist der Navigator auf genaueste Angaben über den Ausgangspunkt, die Geschwindigkeit und den Kurs angewiesen. Der Ausgangspunkt und die Geschwindigkeit waren leicht festzulegen. Bei der Bestimmung des Kurses traten jedoch nun erste Probleme auf.
Mit der Geschwindigkeit konnte man den Kurs berechnen anschließend auf einer Seekarte eine Linie ziehen, die anzeigte, wie weit man auf seinem vorgesehenen Kurs vorangekommen war.
Das Schiff konnte leicht durch Winde und Strömungen vom Kurs abgebracht werden und somit war es notwendig, das der Navigator regelmäßige Berechnungen anstellte und Korrekturen veranlasste, sodass das Schiff seinen Kurs beibehalten konnte. Ausgehend von seinem letzten Eintrag nahm er täglich neue Berechnungen und Messungen vor und zeichnete die Ergebnisse auf, bis das Schiff schließlich seinen Anker warf. Durch die regelmäßigen Einträge konnte nun die vom Schiff zurückgelegte Route festgestellt werden.(www.watchtowers.de)

Die Peilscheibe

Mit ihrer Hilfe wurde jede Richtung zum Aufgang (Osten) oder Untergang (Westen) der Sonne bestimmt und mit einem Zeiger festgehalten. Falls der Standort der Sonne nicht direkt ausgemacht werden konnte, bediente man sich einem Cordierit, ein Sonnenstein, welcher sich auch bei bedecktem Himmel oder Nebel von gelb nach blau verfärbte.
Die Peilscheibe bestand aus einer Scheibe mit einem Stift in der Mitte. Um diesen Stift waren die konzentrischen Kreise eingraviert. Der Stift war verstellbar und warf einen Schatten, an dessen Länge man die Breite feststellen konnte: die Schattenlänge zeigte die Tageszeit an, und die Richtung des Schattens erlaubte dem erfahrenen nordländischen Navigator, der ja wusste wo die Sonne zu bestimmten Tageszeiten stand, die Himmelsrichtungen abzuschätzen. Anschließend konnte er die Punkte verbinden und auf der „Breite“ Entlangsegeln. (www.wogenrösser.de)

Das Lot

Das Lot gilt in der Geschichte der Seefahrt als eines der ältesten Instrumente zum Navigieren (ca. 400 v. Chr.). Anfangs genügte noch eine Stange ( Ruder), um die Tiefe auszumessen, als jedoch die Schiffe immer größer und besser wurden, rückte ein Stein am Ende eines Seils anstelle der Stange. Das Seil war mit Knoten versehen, welche jeweils den gleichen Abstand zueinander hatten. Der Matrose konnte die Meerestiefe unter dem Kiel messen und somit die drohende Gefahr, auf Grund zu laufen, vermeiden. Die Lotgewichte hatten an der Unterseite einen Hohlraum, mit welchem man vom Grund Proben entnehmen konnte. Diese Bodenkenntnisse wiederum waren für den Kapitän von unschätzbarem Wert, wenn es darum ging den Anker zu werfen. War der Untergrund mit Felsen bedeckt, so hätte der Anker keinen Halt gefunden und das Schiff wäre abgetrieben. Das Lot wird heutzutage nicht mehr verwendet, muss aber trotzdem immer an Bord eines Schiffes vorhanden sein, um im Fall eines Stromausfalls, das Schiff sicher an Land zu bringen. (www.windjammer.de)

Der Kompass

Als einer der ersten Kompasse bezeichnet man den Sonnenkompass. Sein Aufbau ähnelt stark dem der Peilscheibe, mit dem Unterschied, dass eine Windrose eingraviert ist. Die Bestimmung der Himmelsrichtung mithilfe dieses Kompass ist eine sehr aufwendige Methode und erfordert einen festen Standort.
Als erstes richtet man den Kompass möglichst genau auf, bestimmt die Länge des Schattens und kennzeichnet sein Ende auf der Windrose. Dann wartet der Navigator bis der Schatten wieder die gleiche Länge erreicht hat und markiert sie erneut. Die somit erzeugte Winkelhalbierende ( aus der ersten und zweiten Messung) zeigt nun in Richtung Süden. Hatte man weniger Zeit, so schätzte man die Himmelsrichtung, wie schon oben bei der Peilscheibe beschrieben, ab. Anhand der Kurve, die der Schatten im Laufe des Tages zog (Gonomkurve), konnte die Richtung noch genauer bestimmt werden.
Mit Hilfe des Sonnenkompass war es auch möglich die geografische Breite zu bestimmen, indem man die Sonnenhöhe am höchsten Punkt ihrer scheinbaren Bahn (Kulminationshöhe) anhand der Schattenlänge ermittelt. Auch hier war es wichtig die Sonnenabweichung, welche sich jeden Tag änderte, zu kennen. (www.windjammer-shop.de)
Bei einem Magnetkompass hält der eingebaute Magnet eine gelagerte Scheibe, unter Einwirkung des Erdmagnetfelds, immer in Nord-Süd-Richtung. Dünne Eisenstäbe, welche parallel angeordnet und drehbar aufgehängt sind, richten sich nach dem Magnetfeld der Erde aus. Die Kraftlinien umschließen den Erdball etwa parallel zu den Längengraden. Die Magnetnadel pendelt über einer Windrose, welche den Kreis in die vier Himmelsrichtungen teilt, und ermöglicht somit das Ablesen der gewünschten Himmelsrichtung.
Aus der Physik ist bekannt, dass sich magnetischer Nordpol und Südpol anziehen, zwei gleiche Pole jedoch abstoßen. Wenn nun der Nordpol der Kompassnadel nach Norden zeigt, muss sich in der Nähe des geographischen Nordpols also ein magnetischer Südpol befinden! Ebenso befindet sich der magnetische Nordpol der Erde beim geographischen Südpol.
Ein Nautiker, der einen Kompasskurs auslegt, muss deshalb die Abweichung an seinem Ort kennen, um sein gewünschtes Ziel zu erreichen. Diese Kompassablenkung, die auf hölzernen Schiffen nur von geringer Bedeutung war, ist auf stählernen Schiffen von außerordentlicher Bedeutung. Sie verfälscht die Richtung des Schiffes. Damit dies nicht passiert, verwendet man einen Schwimm- oder Elektronenkompass.
Bei einem Schiffskompass wird die Windrose auf der Magnetnadel befestigt; bei einem Schwimmkompass jedoch schwimmt die Windrose auf einer Flüssigkeit zur Dämpfung der Schwingungen. Da der stählerne Schiffskörper die Magnetnadel stark beeinflusst, benutzt man auch den Elektronenkompass: Ein senkrecht nach oben (oder unten) gerichteter Elektronenstrahl wird durch das magnetische Erdfeld nach Osten (oder Westen) abgelenkt. Außerdem gibt es noch viele weitere Modelle eines Kompasses, wie zum Beispiel den Kreiselkompass oder den Radiokompass, auf welche ich hier jedoch nicht weiter eingehen möchte. (www.wikipedia.de)

Jakobsstab

Der Jakobsstab (Gradstockes, Cross Staff ) ist lediglich ein einfaches trigonometrisches Gerät zur Winkelmessung zwischen zwei Punkten, also auch zwei Gestirnen oder dem Horizont und Gestirn, brachte aber enorme Fortschritte. Auf einem ca. 70 cm langen hölzernen Hauptstab befinden sich ein oder bis zu vier verschiebbare senkrecht stehende Querstäbe (oder rechteckige Platten). Ein Querstück wird vom Navigator, welcher den Stab in Augenhöhe hält, solange verschoben, bis der angepeilte Stern und Horizont von beiden Enden bedeckt wird. Auf einer Scala an dem Hauptstab liest er den Stand des Querstücks ab. Danach dividiert er die halbe Länge des Querstabes durch den abgelesenen Wert und erhält somit den Tangens des halben gesuchten Winkels.
Später versah man den Hauptstab mit einer bzw. bis zu vier Teilungen, an der man den Winkel ablesen konnte.
Um nicht direkt in die Sonne schauen zu müssen und somit die Sehkraft zu schädigen, handhabte man ihn auch rückwärts.
Beim Jakobsstab verwendete man erstmals als Bezugssystem für Sternen- und Sonnenhöhen den Horizont, Kimm, (beim Astrolabium und Quadrant die Schwerkraft der Erde (Lot)). Bei diesem Horizontsystem werden genauere Messungen vom schwankenden Deck eines Schiffes erstellt. Der Jakobsstab wurde im 18. Jahrhundert von dem Spiegeloktanten und dem darauffolgenden Sextanten abgelöst. (www.wogenrösser.de)

Funktion:
Der Navigator wandte sich mit dem Rücken der Sonne zu und stellte auf dem Schattenvisier A eine bestimmte, der Sonnenhöhe entsprechende, Gradzahl ein. Anschließend schaute er durch das Sichtloch des Sichtvisiers B und versuchte den von A auf das Querholz C geworfenen Sonnenschatten mit dem Horizont auf gleiche Höhe zu bringen.

Astrolabium

Das Astrolabium ähnelt vom Aufbau her einem scheibenförmigen Himmelsglobus auf welchem die Fixsterne eingezeichnet sind. Mit ihm kann man die Position der Sterne zu jeder Tages -und Nachtzeit, sowie die Höhe verschiedener Objekte berechnen. Um der rauen See besser stand halten zu können wurde es schon bald nicht mehr aus dünnem Metall, oder Holz, gefertigt, sondern aus stabilen Kupferlegierungen gegossen. Mit der Zeit wurde das Instrument dazu noch mit Löchern versehen, damit die Messung nicht wesentlich von dem Wind beeinflusst wurde. Da das Astrolabium hauptsächlich für die Messung des Sonnenstandes verwendet wurde und der ständige Blickkontakt mit der Sonne zur Erblindung führte, bediente man sich hier der indirekten Beobachtungsmethode. Statt direkt in die Sonne zu blicken, ließ man die Sonnenstrahlen durch zwei kleine Löcher des waagerecht ausgerichteten Instruments treten. Das Licht wurde dann auf das Schiffsdeck projiziert und die Sonne wurde „gewogen“.

Funktion:
Auf dem leicht erhöhten Rand einer kreisförmigen Grundplatte sind mittig eine Zeitskala (in Stunden) und eine Winkelskala eingraviert. In deren Mitte wiederum befindet sich ein aus einer ( oder mehreren) Scheiben bestehendes Gradnetz , welche die Höhen- und Breitenlinien des Horizontsystems tragen. Über den, nur für eine bestimmte Breite konstruierten Scheiben, ist eine sich um die Mittelachse drehende Rente (1) befestigt. Eine Rente ist eine durchbrochene Scheibe mit einem Netz der Positionen der wichtigsten Fixsterne (durch die Enden von Spitzen markiert) und dem Tierkreis.
Mit Hilfe des Zeigers kann man die Skalen und Positionspunkte gegenseitig zuordnen und somit beispielsweise Auf- und Untergangszeiten von Sternen und Sonne ermitteln oder aus der Position eines Gestirns das Datum bzw. die Zeit festlegen.
Auf der Rückseite sind in fester Zuordnung die Winkel-, Tierkreis- und Kalenderskalen eingraviert und durch ein sogenanntes Schattenquadrat und einer Kurvenschar, zur Bestimmung der "ungleichen Stunden", vervollständigt. Die Seitenlängen des rechtwinkligen Dreiecks kann man nun mit dem Schattenquadrat abmessen. Durch das schwenkbare Visierlineal (2) (Alhidade) und den zwei Visiermarken (3) (Dioptern) wird die Messung der Höhenwinkeln von Gestirnen ermöglicht.
In den früheren Jahrhunderten war es üblich den Zeitraum zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang immer in 12 Stunden einzuteilen. Dieser Zeitraum änderte sich jedoch des Öfteren und war im Sommer länger als im Winter. Das Astrolabium ermöglichte es nun die ungleichen Stunden in gleiche Stunden, also den 24sten Teil der Rotationsdauer der Erde, umzurechnen.
Als typische Aufgabenstellung gestaltete sich die Bestimmung der Höhe von Gestirnen, sowie die Ermittlung des Zeitpunktes von Aufgang, Untergang und Kulmination von Gestirnen. Ebenso mit einbezogen war die Bestimmung von Zeitintervallen zwischen Himmelsereignissen, wie sie beim Übergang aus einem der in der Astronomie gebräuchlichen Koordinatensysteme (Horizont-, Äquatorsystem) in ein anderes auftreten. Zu einer Zeit, in der die Sternenbilder einen hohen Stellenwert hatten, war es üblich die Aszendenten ( meist die Geburtszeit), sowie die Tierkreiszeichen anhand des Astrolabiums zu bestimmen. (www.windjammer-shop.de, www.wikipedia.de, www.travelworldonline.de)

Quadrant

Der Quadrant diente zur Messung der Sternenhöhe des Polar- und Nordstern (Astrolabium= Sonnenhöhe). Der Mond konnte leichter beobachtet werden und somit auch der Abstand zwischen zwei Himmelskörpern oder deren Stand am Himmel gemessen werden. Der Hadleysche Quadrant besaß sogar ein künstliches Himmelgewölbe, damit er auch bei Bewölkung benutzt werden konnte.
Der Quadrant bestand aus einem Viertelkreis, in dessen Zentrum eine Schnur mit einem Gewicht daran befestigt war. Diese Schnur lief an dem, in 90 Teile geteilten Viertel, Kreisbogen des Instrumentes vorbei. An einer der beiden geraden Seiten befanden sich zudem noch 2 Peillöcher.
Anhand der Einteilung in 90 Teile ( also 90 Grad) war es möglich die gesuchte Höhe über dem Horizont in Grad abzulesen. Da der Polarstern die Breite angab, war also auch der Quadrant geeignet zu der Positionsbestimmung.
In der Trigonometrie hängen die Quadranten mit den Vorzeichen und den 360°-Perioden der Winkelfunktionen sin, cos, tan zusammen. Die Vorzeichen der trigonometrischen Winkelfunktionen sind in zwei Quadranten gleich.
Einer aus dem Sinus berechneter Winkel x ist somit zweideutig (bei sin x < 0 kann W im 3. oder 4.Quadrant liegen). Die Quadrantentabelle ermöglicht nun die Bestimmung des genauen Kurses aus 2 Punkten. (www.wikipedia.de, www.windjammer-shop.de, www.esys.org)

Sextant

Der Sextant hat sich durch die Jahrhunderte seinen Platz in der Seefahrt gefestigt. Er verhalf den großen Entdecker an Land zu einer genauen Ortsbestimmung und selbst in der heutigen Zeit besteht, neben allen elektronischen Möglichkeiten, die Verpflichtung der Berufsschifffahrt einen Sextanten an Bord zu haben.
Für eine möglichst genaue Ortsbestimmung mittels Sextant, benötigt man eine genau gehende Uhr, ein nautisches Jahrbuch, einen Taschenrechner oder die H.O. 249 Tafeln und eine Karte in die man das Ergebnis eintragen kann. Der Sextant diente hauptsächlich zur Höhenmessung eines Gestirns und löste Quadranten und Jakobsstab ab.
Mit Hilfe des Sextanten ist es möglich verschiedene Winkel zu messen, so zum Beispiel:
- den Winkel zwischen zwei Gestirnen,
- den Winkel zwischen Gestirn und Horizont,
- den Höhenwinkel z.B. eines Turms,
- einen Horizontwinkel zwischen zwei Punkten oder sonst wie interessante Winkel (z.B. Durchmesser Mond).

Aufbau:
Der Spiegelsextant besitzt einen auf der Grundplatte fest montierten Horizontspiegel und einen, durch einen Schwenkarm (Alhidade) beweglichen, Indexspiegel. Die Alhidade ist beweglich mit der Grundplatte verbunden. In gleicher Höhe mit dem Horizontspiegel und ihm gegenüber befindet sich das Peilrohr zum Anvisieren des zu vermessenden Objektes. Auf der Unterseite der Grundplatte ist eine von +100 bis -20 Grad reichende Messskala angebracht.

1. Lichtfilter
2. Indexspiegel
3. Fernrohr
4. Alhidade (Zeigerarm)
5. Sichtfenster mit Zeigerstrich
6. Sperrklinke
7. Trommel
8. Limbus (Gradbogen)
9. Horizontspiegel

Funktion:
Das Prinzip der Messung des Winkels zwischen zwei Punkten besteht darin, dass ein Punkt oder eine Linie (z.B. der Horizont) durch das Peilrohr anvisiert wird. Mit der Alhidade wird das gespiegelte Bild des zweiten Punktes mit dem Ersten zur Deckung gebracht. Der Winkel zwischen den beiden Punkten kann dann im Fenster der Alhidade abgelesen werden. Eine Zusatzskala im Schwenkarm ermöglicht Messungen mit einer Genauigkeit von fünf Bogensekunden. Um einen möglichst genauen Wert zu erhalten, muss jedoch die Verbesserungen der Messhöhe wegen dem Indexfehler, der Augenhöhe des Messenden bei echtem Horizont, die Lichtbrechung in der Atmosphäre und der Parallaxenfehler des Gestirns berücksichtigt werden.
Ist jedoch keine genaue Horizontlinie zu erkennen ( auf dem Festland, oder bei Nacht), so gilt es, eine künstliche Horizontlinie zu erzeugen. Diese erhält man zum Beispiel, indem man in einer Schale mit dickflüssigem Öl eine waagrecht spiegelnde Fläche erzeugt. Bei dieser Spiegelbild-Methode muss man jedoch den doppelten Winkel messen.
Messfehler durch den Sextanten können sein:
- Indexfehler
- Kippfehler des oberen Spiegels
- Kippfehler des unteren Spiegels
- Fernrohrachse nicht parallel zum Instrumentenkörper

Die Kippfehler der Spiegel können durch Stellschrauben an den Spiegeln behoben werden. Der Indexfehler wird nicht behoben, sondern wird bei der Berechnung berücksichtigt. Alle anderen Fehler sind so schwerwiegend, das sie vom Hersteller behoben werden müssen. Heutzutage ist es auch möglich, als Zusatz zu einem Sextanten, einen künstlichen Horizont zu kaufen, welcher auf dem Prinzip einer Wasserwaage basiert. Die Messgenauigkeit bei einem Sextanten wird zwar durch den Wellengang gestört, liegt aber meistens nicht unter einer Bogenminute. Ohne Störungen liegt die Genauigkeit der modernen Sextanten bei 10-20 Bogensekunden. (www.wikipedia.de, www.wissen-swr.de)

Beispiel einer Positionsbestimmung anhand eines Sextanten und einer Standlinie

Bei der astronomischen Positionsbestimmung wird zunächst der Ort eines Gestirns, z.B. der Sonne berechnet. Der Ort auf der Erde, an dem das Gestirn genau senkrecht über dem Beobachter steht wird Bildpunkt genannt. Im Folgenden wird der Winkel zwischen Horizont und dem Gestirn, genannt Kimmabstand, mit einem Sextanten gemessen. Aus dem Kimmabstand lässt sich der Abstand des Beobachters vom Bildpunkt berechnen. Man erhält also eine kreisförmige Standlinie auf der Erdoberfläche. Führt man die gleiche Prozedur mit einem anderen Gestirn (z.B. Mond oder Venus) durch, erhält man eine weitere kreisförmige Standlinie. Kombiniert man beide Standlinien miteinander, erhält man zwei Schnittpunkte. An einem dieser Schnittpunkte befindet sich der Beobachter. Der andere Schnittpunkt befindet sich in der Regel in einem ganz anderen Erdteil bzw. Kontinent, so dass keine Verwechslungsgefahr mit der richtigen Position besteht. Es ist entgegen vieler falscher Vorstellungen nicht möglich die Position aus Winkelmessungen zwischen Gestirnen zu errechnen: Die Erde ist, verglichen mit den riesigen Entfernungen zwischen den Gestirnen, nur ein winziger Punkt im Weltraum. Daher macht es keinen Unterschied ob der Winkel zwischen zwei Gestirnen in z.B. New York oder in Singapur gemessen wird. Er ist immer gleich.

Chronometer

Die Entwicklung des Chronometers trieb die Schifffahrt um Längen voran. Wenn man die genaue Uhrzeit des Startes kennt, kann man durch die Zeitdifferenz am Aufenthaltsort den Längengrad genau bestimmen. Die Uhrzeitbestimmung am Aufenthaltsort kann durch Beobachtung der Sonne oder der Fixsterne erfolgen, dies ist fast immer möglich. 15 Grad entsprechen genau einer Stunde, das heißt wenn wir uns eine Stunde westlich von Greenwich befinden, sind wir genau auf dem 15. Längengrad. Durch die gewaltigen Temperaturunterschiede zwischen der Arktis und der Südsee, beispielsweise, verändern sich die Bestandteile einer Uhr, weil sie sich ausdehnen oder zusammenziehen. Man suchte also nach einer Uhr, die bei Wind und Wetter immer die exakte Zeit anzeigen würde. Viele Astronomen suchten die Lösung des Längengrad-Problems in den Sternen; unter ihnen berühmte Wissenschaftler wie Sir Isaac Newton oder Galileo Galilei. In ihren Nachforschungen stießen die Forscher auf andere physikalische Größen wie die Masse der Erde, die Lichtgeschwindigkeit oder die Entfernung zu Sternen.
John Harrison lieferte die erste brauchbare Lösung. Die Längengradkommission war von der 30kg schweren und 1,2m hohen H1 begeistert, forderte aber eine kleinere und noch präzisere Uhr von Harrison, um sie in Massen produzieren zu können. Harrisons eigener Perfektionismus führte zu dem letztendlichen Sieger, der H4, welche nicht größer als eine Taschenuhr war. Die Erfindungen der Hemmung und der Temperatur-Kompensation, sowie durch die Produktion von schmierungsfreien Holzrädern und später Diamantlagern schaffte es Harrison die Genauigkeit der Uhren von ca. einer Minute Abweichung pro Tag auf weniger als 0,5 Sekunden pro Tag zu reduzieren. Der Chronometer ermöglicht es nun eine genaue Zeit zu erhalten, um den Kurs zu bestimmen.
Im Jahr 1880 vereinbarte man Greenwich als Haupt Meridian von dem alle Zeit gemessen werden sollte. Die Greenwich Median Time GMT entspricht der mittleren Sonnenzeit d.h. einem Umlauf der Erde um die Sonne.
Im Jahr 1928 wurde die Universal Time UT als Einheitszeit festgelegt. Sie entspricht der Umdrehung der Erde. Die Universal Time Coordinated UTC entspricht dem internationalen Zeitsignal. Die Erde ist in 24 Zeit Zonen zu je 15 Längengrade eingeteilt. Zeitzone 0 geht +/- 7.5 Grad in jede Richtung von Greenwich. (Dava Sobel, Längengrad)

      Funknavigation

Mit dem Begriff Funknavigation meint man die Positionsbestimmung durch Übermittlung von Daten über Radiowellen. Sendestationen an Land senden Signale aus, mit denen man seine Position bestimmen kann. Dabei gibt es zwei verschiedene Verfahren:
- das Hyperbelverfahren, bei welchem mindestens drei Sendestationen gleichzeitig ein Signal aussenden, und
- das Peilverfahren, welches die Herkunftsrichtung des Signals bestimmt.
Bei dem Hyperbelverfahren treffen die gesendeten Signale zeitlich versetzt ein und der Funker kann somit aus dem Unterschied in den Signallaufzeiten und dem Standort des Senders seine Position relativ zu den Sendestationen ermitteln. Man verwendet dabei die Signale dreier Stationen, da man bei zwei Stationen keine eindeutige Position bestimmen könnte ( welche alle würden auf einer Hyperbel liegen würden). Das Hyperbelverfahren basiert auf der Entfernung und wurde in den Navigationssystemen Loran-C und Decca eingesetzt.
Bei der Hyperbelnavigation senden mehrere Sender auf der Erde gleichzeitig oder in einem fest definierten zeitlichen Abstand ein Signal aus.
Senden zwei Sender gleichzeitig, so treffen beide Signale nur dann gleichzeitig beim Beobachter ein, wenn er von beiden Sendern den gleichen Abstand hat. Seine Standlinie ist dann die Mittelsenkrechte der Verbindungslinie zwischen beiden Sendern. In den meisten Fällen dürfte der Beobachter jedoch von beiden Sendern einen verschiedenen Abstand haben. Das bedeutet, beide Signale treffen nacheinander ein. Der zeitliche Abstand zwischen dem Eintreffen der Signale multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit (in Luft: Lichtgeschwindigkeit) ergibt den Entfernungsunterschied, den der Beobachter zu den beiden Sendern hat. Die Menge aller Punkte, auf die dieser Entfernungsunterschied zutrifft, ergibt Idealerweise eine Hyperbel auf der Erdoberfläche. Da die Erdoberfläche jedoch gekrümmt ist, weicht die Standlinie ein wenig von der Hyperbel ab. Im Folgenden wird eine solche Standlinie als Standhyperbel bezeichnet. Nimmt man noch einen dritten Sender dazu, so lassen sich noch zwei weitere Standhyperbeln bestimmen. Alle Standhyperbeln schneiden sich dann in der Position des Beobachters. Die bekanntesten Navigationssysteme, die nach diesem Verfahren arbeiten sind Decca und Loran-C. Bei dem Peilverfahren bestimmt der Funker die Herkunftsrichtung des Signals, mit dem Unterschied, dass entweder das Signal vom Sender gerichtet abgestrahlt wird oder der Empfänger mittels einer geeigneten Antenne die Herkunftsrichtung bestimmen kann. Ist dem Funker der Standort zweier Stationen bekannt, so kann er ( wie auch bei dem Hyperbelverfahren) die Position festlegen. Diese Methode wird auch Kreuzpeilung genannt. (www.wikipedia.de, www.dirk-oberschelp.de, www.seemotive.de)

Morse

Das Morsen bezeichnet das Senden von elektrischen Pulsen, Funk- oder Tonsignalen über eine Telefonleitung. Dies ist mechanisch oder aber auch optisch, also mit Licht, möglich (Morsetelegrafie).
Das von Samuel Finley Breese Morse erfundene Morsealphabet, bestehend aus kurzen und langen Signalen, wurde im Laufe des 19ten Jahrhunderts entwickelt und konnten mit Hilfe von Radiowellen seine Positionen durchgeben. Dieser Kode blieb auch mit der Einführung der drahtlosen Telegrafie bestehen.
Auch der Seefunk fand hier seinen Anfang, da durch die Radiowellen auch die Kommunikation unter den Schiffen ermöglicht wurde. Man tauschte sich aus über Eisberge usw. und konnte in Notsituationen Hilfe anfordern. Es wird dabei auf Kanal 16 (UKW), meistens in Englisch oder in der Sprache des Landes gefunkt. Im Seefunkverkehr fand der Morsecode noch ein großes Einsatzfeld, bis er dort mit Einführung des weltweiten Seenot- und Sicherheitsfunksystem GMDSS zum 1. Februar 1999 seine Bedeutung verlor. Für geübte Funker ist es möglich bis zu 300 Zeichen pro Minute verstehen und auch senden zu können. Um funken zu dürfen bedarf es einer Ausbildung, welche sich in Scheinen wiedergibt. (www.wikipedia.de)
Da der Morsecode nur aus einfachen Signalen besteht, braucht man weniger Hardware als andere Funkarten. Auch bei einem sehr ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis kann der Kode noch arbeiten und benötigt dafür auch nur eine geringe Bandbreite und Sendeleistung. Bei dem Kode werden die zwei Signale, Punkt( dit) und Strich ( dah) in unterschiedlichen Abständen gesendet. Der Länge des Punktes, also des dit, bestimmt dabei die Geschwindigkeit, mit der gesendet werden darf.
Hierbei gelten folgende Festlegungen:
Ein dah ist dreimal so lang, wie ein dit, der Abstand zwischen zwei Symbolen ist ein dit lang, zwischen Buchstaben in einem Wort wird ein dah (=3dit) Abstand gelassen und eine Pause von sieben dits wird zwischen den Wörtern gelassen. Im Morsealphabet gibt es keine Unterscheidung von Groß- und Kleinschreibung. Das SOS-Zeichen wurde 1909 von einer Kommission als ein auffälliges und einfaches Zeichen festgelegt. Es bedeutet nicht, wie im Volksmund gebraucht, „Save our Souls“ oder „Save our ship“ , sondern ist ein Signal ohne Pause. Es besteht nicht aus Einzelbuchstaben und gilt als einzig festgelegtes Morsezeichen.


Radar

Für ein Schiff ist jedoch nicht nur seine Position wichtig, sondern ebenso seine Umgebung. Zu diesem Zweck dient das Radar. Das Radar wurde ursprünglich für das Militär entwickelt und funktioniert auch im Dunkeln oder bei Nebel. Der Begriff Radar leitet sich von „Radio Detecting and Ranging“ und bedeutet im Deutschen ; Ortung und Entfernungsmessung mittels Radiowellen. Bei dem Radar wird eine elektromagnetische Welle im Mikrowellenbereich ausgestrahlt, an einem entfernten Objekt reflektiert und das Echo empfangen, wobei Sender und Empfänger langsam um eine vertikale Achse rotieren. Aus der Zeit, die ein Funkimpuls für den Hin- und Rückweg benötigt, lässt sich die Entfernung zwischen dem reflektierenden Objekt und der Radaranlage berechnen. Die Richtung, aus der das Echo kommt, wird ebenfalls erfasst. Die Signale werden elektronisch aufbereitet und die Echowellen als Radarbild gezeigt. Das 1912 entwickelte Echolot, mit welchem der Meeresgrund unter einem Schiff vermessen werden kann, funktioniert ähnlich wie das Radar, mit dem Unterschied, dass anstelle von Radiowellen nur mit Schallwellen gefunkt wird.
Von der Unterseite des Schiffes werden Ultraschall- oder Hörschallwellen in die Tiefe abgestrahlt und kurz darauf die vom Meeresgrund oder von Hindernissen reflektierten Echos auf einer Papierrolle angezeichnet. Dies geschieht durch die Berechnung der Laufzeit und dem Abstand.
Aufwendige Scannersysteme sind in der Lage, ein Relief des Meeresbodens auf einem Bildschirm darzustellen. (www.dirk-oberschelp.de, www.seemotive.de, www.wikipedia.de)

Loran-C

Fast vergessen wurde das ältere Positionsbestimmungssystem Loran-C (Long-Range-Navigation), welches zu Gunsten von GPS bereits abgeschaltet werden sollte. Es verwendet terrestrische Sendestationen um dem Nutzer die benötigten Signale zur Verfügung zu stellen. In neuerer Zeit zeigte sich, dass Loran-C in nahezu allen Fällen, in denen eine zuverlässige Positionsbestimmung mit GPS nicht möglich ist, ein geeigneter Ersatz ist. Eine Abschaltung wurde aus diesem Grund bis heute aufgeschoben. Eine definitive Zusage für den langfristigen Weiterbetrieb des Loran-Systems gibt es jedoch noch nicht.
Zu einer Senderkette gehören ein Master und zwei bis vier Nebensender. Die Nebensender haben einen Abstand zwischen 370km und1500km zu ihrem Master. Die Genauigkeit der Ortung durch dieses System liegt bei etwa 300 bis 1500 Metern. Zwischenzeitlich ist es möglich auch genauere Positionsbestimmungen durchzuführen, die mit GPS durchaus konkurrieren können. Weltweit gibt es etwa 15 Senderketten, die alle mit einer einzigen langwelligen Frequenz von 100kHz arbeiten.
Die Sender einer Kette senden um einen fest definierten zeitlichen Abstand, wie auf Abbildung 16 zu sehen, sogenannte Loran-Impulsfolgen aus. Eine Loran-Impulsfolge eines Nebensenders setzt sich aus acht aufeinanderfolgenden Loran-Impulsen bzw. Bursts zusammen. Die Impulsfolge des Masters ist an einem neunten zusätzlichen Burst zu erkennen. Es beginnt der Master.
Ein Empfänger misst die Zeit zwischen dem Eintreffen der Master-Sendeimpulse und den Impulsen der Nebensender. Die Differenz aus den tatsächlichen Zeitabständen und den gemessenen Zeitabständen ergibt multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit die Strecke, um die der Empfänger von dem Mastersender mehr (bzw. weniger) weit entfernt ist als von dem Nebensender. Alle dadurch möglichen Standpunkte befinden sich auf einem Hyperbolid, der geschnitten mit der Erdoberfläche wiederum eine annähernd hyperbelförmige Standlinie ergibt.
Auf dem rechten Bild (Abb.17) ist die Standlinie 1 aus Messungen zwischen Master und Nebensender X entstanden. Standlinie 2 ergibt sich aus Messungen zwischen Master und Nebensender Y. Werden beide Standlinien miteinander kombiniert, ergibt sich die gesuchte Position.
Beim Senden des Signals muss die Beschaffenheit der Erdoberfläche berücksichtigt werden, da sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit stark beeinflusst. Würde man keine Korrekturen durchführen, so könnte man nur mit einer Genauigkeit von mehreren hundert Metern rechnen. Das System ist relativ unempfindlich gegenüber Wettereinflüssen und kann ebenso nachts genutzt werden. Seit der Einführung von Loran-C 1958 werden weltweit Sendestationen betrieben. Da die USA den Betrieb der europäischen Sender nicht mehr weiterführen wollte, entwickelte Europa das NELS ( Nothwest-European-Loran-C-System) und die Sowjetunion das Chayka. Mit Hilfe des europäischen NELS wird LORAN-C genutzt, um differenzielle Korrekturen zum GPS-Signal auszustrahlen.
In Deutschland befindet sich ein Loran-C Sender in Rantum auf Sylt. Obwohl LORAN-C aufgrund seiner Signalcharakteristik auch komplementär zu GPS genutzt werden könnte, wird über eine Einstellung des Systems beraten. Loran-C steht nicht unter militärischer Kontrolle und kann durch sein langwelliges Signal auch dorthin, wo aufgrund fehlendem direktem Sichtkontakt zu den Satelliten kein GPS-Empfang möglich ist (z.B. im Wald, oder zwischen hohen Gebäuden) Außerdem ist es nicht oder nur schwer möglich die Signale zu stören.
Seit Ende 2004 verstärken sich die Hinweise, dass die USA eine etwas verbesserte Version von Loran-C, nämlich eLoran ('enhanced Loran'), offiziell als Unterstützung für GPS benennen wollen.
Weitere Systeme zur Funknavigation sind das Decca S und OMEGA. (www.seefunknetz.de, www.wikipedia.de, infos.aus-germanien.de/LORAN-C)

      Trägheitsnavigation

Die Inertialnavigation, wie sie in Fachkreisen auch bezeichnet wird, ist in der Reihe der Navigationsmethoden eher als Außenseiter zu betrachten. Sie wurden in den 1950er Jahren von den Amerikanern entwickelt und wird heutzutage in der Luftfahrt, sowie zum Teil auch in U-Booten angewendet.
Auf einer Messplattform, welche durch elektrische (oder mechanische) Kreisel stabilisiert wird, befinden sich drei Beschleunigungsmesser, deren Anzeige 20-100 mal die Sekunde festgehalten wird. Es gibt drei verschiedene Plattformtypen.
In der Seefahrt bedient man sich der erdorientierten Plattform, bei welcher der Horizont immer wieder durch Regelkreise an die Erdkrümmung und Fahrt angepasst werden. Hochsensible Beschleunigungsmesser, welche in drei Achsen verankert sind, registrieren die Beschleunigungen in den drei Richtungen. Beim ersten Mal wird die Geschwindigkeit ermittelt, indem man sie über die Zeit integriert und beim zweiten Mal erhält man den zurückgelegten Weg in den drei Raumrichtungen. Da sich die Beschleunigungsmesser auf einer sich selbst drehenden Kreiselplattform befinden, müssen zu der Geschwindigkeit und des Weges auch noch die Winkelbeschleunigung gemessen werden.
Bei dieser Methode werden die gemessenen Beschleunigungen und Drehungen zweifach integriert. Um die ermittelte Position von dem Koordinatensystem der Kreiselplattform an unser Mercatorsystem anzupassen, werden komplizierte Algorithmen angewendet. Weiter zu beachten sind die Erdrehung, sowie die Bewegung um die (gekrümmte) Erdoberfläche. Im Betrieb wirken außerdem viele Fehlereinflüsse, wie Kreiseldrift, Achsnichtorthogonalität, Maßstabs- und Nullpunktsfehler. Sie bewirken ein quadratisches Anwachsen des Ortungsfehlers in der Zeit. (www.wikipedia.de)

      Satellitennavigation

Die Satellitennavigation ist eines der neuesten Wunder der Technik. Man benötigt:
- Satelliten, die ständig um die Erde kreisen und Signale abgeben,
- ein Kontrollzentrum, welches die Daten auffängt und überprüft,
- und einen Empfänger (meistens in der Größe eines Walkmans), der die Signale der Satelliten auswertet und dem Benutzer seine aktuelle Position anzeigt.
Die satellitengestützte Positionsbestimmung ist der Hyperbelnavigation sehr ähnlich. Die Satelliten senden Informationen über ihre eigene Position sowie die genaue Uhrzeit aus. Auch hier wird der Entfernungsunterschied nach der bereits beschriebenen Methode bestimmt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Hyperbelnavigation erhält man jedoch keine zweidimensionalen Hyperbeln sondern räumliche Hyperbolide oder Rotationshyperbeln. Anstelle von Standlinien arbeitet man mit Flächen im Raum, auf denen alle Punkte von einem Satelliten um eine bestimmte Strecke weiter entfernt sind als von einem Anderen. Genauso wie für die Hyperbelnavigation zwei Sender gebraucht werden um eine Hyperbel zu bestimmen, werden zwei Satelliten benötigt um einen Hyperbolid zu errechnen. Werden drei Satelliten verwendet, ergeben sich drei Hyperbolide. Diese schneiden sich alle in mindestens einem Punkt. In der Regel gibt es jedoch mehr als einen Schnittpunkt. In diesem Fall wird der Schnittpunkt gewählt, welcher der Erdoberfläche am Nächsten ist. Schließlich kann davon ausgegangen werden, dass die gesuchte Position sich nicht irgendwo im Weltraum sondern auf der Erde befindet. Das „Global Positioning System“, besser bekannt unter der Abkürzung GPS, arbeitet nach diesem Prinzip. (www.lv1.ifkomhessen.de, www.wikipedia.de)

GPS

Das Global-Positioning-System besteht aus drei verschiedenen Teilen:
- dem Benutzer (Empfänger)
- dem Raum (24 Satelliten)
- der Kontrollteil (Stationen auf der Erde)
Die Satelliten umkreisen die Erde in 20200Km Höhe, auf sechs unterschiedlichen Umlaufbahnen, mit einer Inklination von 55°. Dabei senden sie Signale, welche von GPS-Empfängern ausgewertet werden. Um den Raumteil zu überwachen, wurde ein Kontrollteil auf der Erde eingerichtet. Es besteht aus einer Hauptkontrollstation in Colorado Springs (USA) und vier weiteren auf der Erde verteilten Beobachtungsstationen, von denen drei über eine Bodenantenne verfügen um Daten an die Satelliten zu senden.
Die Beobachtungsstationen sammeln Informationen, neben der Überwachung der Bahndaten auch die Kontrolle der Satellitenuhren, über die Satelliten. Alle gesammelten Daten werden an die Hauptkontrollstation weitergeleitet, welche Vorausberechnungen bezüglich der Satellitenbahnen und dem Uhrenverhalten der Satelliten durchführt. Die neuen Navigationsdaten werden über Kontrollstationen mit Bodenantennen an die Satelliten gesendet.
Um eine möglichst räumliche und exakte Position bestimmen zu können werden die Daten von mindestens vier Satelliten aufgenommen. Anhand der Laufzeiten von den einzelnen Satelliten zu dem Empfänger wird, ähnlich wie bei dem Hyperbelverfahren, das Signal berechnet, welches das Empfängergerät verwendet um wiederum seinen Abstand zu den Satelliten zu berechnen. Dazu benötigt man die Daten der einzelnen Umlaufbahnen, sowie die genaue Zeit zu welcher alle Signale gleichzeitig gesendet werden. Als Ergebnis erhält man die Entfernung relativ zu den Satelliten. Da die Uhren in den Satellitenempfängern schon nach kurzer Zeit nicht mehr genau genug an die Systemzeit angepasst sind, muss für jede Positionsbestimmung auch die Abweichung der Empfängeruhrzeit von der Systemuhrzeit bestimmt werden.
In den verwendeten Frequenzbereichen breitet sich die elektromagnetische Strahlung ähnlich wie sichtbares Licht aus. Dementsprechend ist für den besten Empfang ein direkter Sichtkontakt erforderlich. (www.kowoma.de, www.garwin.de, www.wikipedia.de)
Das Wetter (außerhalb der Ionosphäre) kann den Empfang nicht beeinflussen. Im Gegensatz dazu ist der Empfang in Tunneln, Tiefgaragen und hohen Gebäuden aufgrund mehrfacher Reflektion sehr ungenau. Um die Genauigkeit des Systems zu erhöhen, arbeiten die Forscher gerade an Verfahren, wie das Differential Global Positioning System (DGPS), das die Genauigkeit erhöht. Für das GPS gibt es verschiedene Störsender, sowie länderspezifische Alternativen (GLONASS, Beidou,..)
In einer Studie ( Volpe Report) über die Folgen eines Ausfalls des Systems, stellten man schnell fest, dass dies ein sehr geeignetes Mittel für einen möglichen Terroranschlag wäre. Ein Störsender, den man einsetzen könnte um die GPS-Signale der Satelliten unbrauchbar zu machen, müsste nicht einmal eine große Sendeleistung haben, um die ohnehin schon sehr schwachen Signale aus dem Weltraum lokal zu verrauschen. Für sicherheitsrelevante Aufgaben ist also ein unterstützendes System unbedingt erforderlich. Galileo wird kein geeignetes System werden, da es im gleichen Frequenzbereich wie GPS arbeitet und die GPS-Technologie außerdem in vielen Teilen kopiert. Sein Vorteil ist lediglich, dass Amerika keinen Einfluss auf seine Funktion haben wird.
In Städten ist die Positionsbestimmung mit GPS aufgrund der bereits beschriebenen Mehrwegeausbreitung und Abschirmung oft problematisch. Loran-C kennt diese Probleme nicht. Seine langwelligen Radiowellen durchdringen Gebäude und viele andere Hindernisse ohne Schwierigkeiten. Weiterhin haben die Loran-Sender eine Sendeleistung von mehreren Megawatt und sind damit viel schwerer großflächig zu stören als die GPS-Signale. Die Loran-Sender haben einen Schutzmechanismus, der sie vor der Zerstörung durch äußere Einflüsse in der Spannungsversorgung behüten soll. Treten Überspannungen in der Stromversorgung auf oder sollte ein Blitz in einen Sender einschlagen, schaltet sich der betroffene Sender selbstständig für einen Moment ab. Für die Seefahrt stellt ein kurzzeitiger Ausfall in der Regel kein Problem dar. Für ein Flugzeug, das sich gerade im Landeanflug befindet, ist ein Ausfall des Navigationssystems jedoch absolut inakzeptabel!
In zahlreichen Tests konnte man feststellen, dass Loran-C sämtliche Schwächen des GPS-Systems komplett abdeckt. Umgekehrt deckt GPS die Schwächen von Loran ab. Dank dieser Erkenntnisse veranlasste die USA eine Modernisierung des Loran-Systems. Die Sender wurden besser gegen Blitzeinschlag geschützt und habe eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Außerdem wurden Loranempfänger entwickelt, welche die Signale von mehr als den drei benötigten Stationen gleichzeitig verfolgen. Sollte es zum Ausfall eines einzelnen Senders kommen, so müssen diese Empfänger nicht erst nach einem Ersatzsender suchen, sondern können kontinuierlich richtige Ergebnisse liefern.