Um eine globale Abdeckung zu erreichen, bestehen GNSS-Systeme aus einem...
WeiterlesenWenn wir an GPS denken, stellen wir uns oft vor, wie bequem unsere Smartphones uns durch die Straßen der Stadt führen oder unseren nächsten Roadtrip planen. Die GPS-Technologie, wie wir sie kennen, hat jedoch eine erhebliche Einschränkung: Sie funktioniert nicht unter Wasser. Diese Einschränkung entsteht, weil GPS-Signale, bei denen es sich um Funkwellen handelt, nicht effektiv ins Wasser eindringen können. Diese Herausforderung hat die Entwicklung spezieller Technologien vorangetrieben, die auf akustischen Signalen basieren, um Standortinformationen bereitzustellen. In diesem Artikel werden wir uns einen Überblick über diese Methoden anschauen.
Warum herkömmliches GPS unter Wasser versagt
GPS (Global Positioning System) basiert auf Signalen, die von Satelliten gesendet werden, die die Erde umkreisen. Diese Signale reisen durch die Atmosphäre und werden von GPS-Empfängern empfangen, die ihre Position anhand der Zeit berechnen, die die Signale brauchen, um sie zu erreichen. Wasser dämpft und streut diese Funksignale jedoch erheblich und macht sie für die Unterwassernavigation unbrauchbar.
Eine ausführlichere Beschreibung, wie die GPS-Postion bestimmt wird, erklären wir in unserem Artikel
Die Funktionsweise von GPS: Wie Ihr Gerät weiß, wo Sie sich befinden
Hier kommen akustische Signale ins Spiel
Im Gegensatz zu Radiowellen können sich akustische (Schall-)Wellen effizient durch Wasser bewegen. Unterwasser-GPS-Technologien nutzen diese Eigenschaft, um Navigation und Tracking unter Wasser zu ermöglichen. Dies funktioniert wie folgt:
1.
Akustische Transponder
Dies sind die Leuchtfeuer der Unterwasserwelt. Akustische Transponder werden an bekannten Standorten unter Wasser positioniert. Von dort senden sie in regelmäßigen Abständen Schallimpulse aus. Diese Schallwellen bewegen sich durch das Wasser und können dann von Unterwasserempfängern aufgefangen werden.
2.
Unterwasserempfänger
Diese Empfänger werden von Unterwasserfahrzeugen getragen oder an Objekten wie Bojen befestigt und erkennen die akustischen Signale von Transpondern. Indem sie die Zeit messen, die die Schallimpulse benötigen, um von den Transpondern zu den Empfängern zu gelangen, können sie deren Entfernung von jedem Transponder berechnen.
3.
Time-of-Flight
Ähnlich wie GPS die Position anhand der Laufzeit von Funksignalen von Satelliten berechnet, berechnen Unterwasser-GPS-Systeme die Position anhand der Laufzeit von akustischen Signalen. Dieser als Time-of-Flight-Berechnung bezeichnete Vorgang ist entscheidend für die Bestimmung der Reichweite oder Entfernung zwischen Empfänger und Transponder.
4.
Multilateration
Um den genauen Standort zu bestimmen, verwenden Unterwasser-GPS-Systeme häufig eine Technik namens Multilateration. Durch den Empfang von Signalen mehrerer Transponder und die Messung der Entfernung zu jedem Transponder kann das System die genaue Position des Empfängers im dreidimensionalen Raum triangulieren.
5.
Integration mit Trägheitsnavigationssystemen (INS)
Für eine höhere Genauigkeit kann Unterwasser-GPS mit Trägheitsnavigationssystemen (INS = Inertial Navigation Systems) integriert werden. INS liefern kontinuierliche Positionsaktualisierungen auf der Grundlage von Beschleunigungs- und Rotationsmessungen und ergänzt so die Positionsdaten aus akustischen Signalen.
Erfahren Sie mehr darüber, wie das GPS-Signal schneller und genauer ermittelt wird, in unserem Artikel: A-GPS – Eine Technologie zur Verbesserung der GPS-Leistung
Anwendungen von Unterwasser-GPS-Technologien
Die Fähigkeit, Objekte unter Wasser zu navigieren und zu verfolgen, hat zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen eröffnet:
1.
Meeresforschung
Wissenschaftler verwenden Unterwasser-GPS, um das Leben im Meer zu untersuchen, den Meeresboden zu kartieren und Unterwasserökosysteme zu überwachen.
2.
Unterwassererkundung
Die Technologien ermöglichen die Erkundung und das Kartografieren von Schiffswracks, Unterwasserhöhlen und anderen unter Wasser liegenden Stätten.
3.
Offshore-Industrie
Unterwasser-GPS ist für Operationen bei der Öl- und Gasförderung, beim Unterwasserbau und bei der Wartung der Unterwasserinfrastruktur von entscheidender Bedeutung.
4.
Navigation von Unterwasserfahrzeugen
Ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs, Remotely Operated Vehicles) und autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs, Autonomous Underwater Vehicles) verlassen sich bei Missionen auf Unterwasser-GPS für die präzise Navigation.
5.
Umweltüberwachung
Diese Technologien erleichtern die Verfolgung von Verschmutzungen, die Überwachung von Unterwasserlebensräumen und die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Ozeane.
6.
Unterwasserarchäologie
Das Entdecken und Dokumentieren historischer Artefakte und Stätten unter den Wellen wird durch eine genaue Unterwasserpositionierung einfacher.
Erfahren Sie mehr darüber, wie das GPS-Signal beeinflusst wird in unserem Artikel: Die exakte Position: Welche Faktoren beeinflussen das GPS-Signal?
Fazit
Mit dem technologischen Fortschritt werden die Systeme immer ausgefeilter und bieten höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Innovationen in der akustischen Signalverarbeitung, der Integration mit anderen Navigationssystemen und der Miniaturisierung von Geräten versprechen, die Fähigkeiten und Anwendungen noch weiter zu verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliches GPS unter Wasser zwar seine Grenzen hat, die Entwicklung akustischer Technologien jedoch die Art und Weise, wie wir navigieren und die Tiefen erkunden, revolutioniert hat. Diese Systeme spielen bei verschiedenen Unterwasseraktivitäten eine entscheidende Rolle und tragen zu unserem Verständnis und unserer Nutzung der Unterwasserwelt bei. Ob für wissenschaftliche Forschung, industrielle Anwendungen oder Erkundungen – Unterwasser-GPS sorgt für Aufsehen in der Art und Weise, wie wir mit den verborgenen Teilen unseres Planeten interagieren.
Titelbild: Frans Daniels / unsplash
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