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Samstag 2 September 2000

Was GiP'S Neues ?
GPS-Handys auf dem Prüfstand
Wird GPS Massenprodukt ?

   
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GPS-Kursanzeigen : nicht alle Wege führen ans Ziel !
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GPS wird zum Alltags-Gerät : mittlerweile sind die Navigationshandys nicht nur sehr preisgünstig geworden, sondern auch immer handlicher und immer einfacher in der Bedienung. Die Ortsbestimmung durch Satellit ist damit längst nicht mehr nur nautischen oder aeronautischen Benutzern vorbehalten, sondern macht sich genauso bei Wanderern, Autofahrern und Pizza-Lieferanten beliebt. Der Wegfall der künstlichen Leistungsverschlechterung SA seit dem 02.05.00 und die damit merklich erhöhte Präzision kurbeln den Boom noch zusätzlich an. Für uns Piloten sind nicht alle der neuen Geräte gleich gut geeignet : durch die Vereinfachung der Anzeigen, Tribut an eine massenhafte Verbreitung der Navigations-Handys, gehen teilweise wichtige Informationen etwas unter. Wir haben uns zehn gängige Geräte im Detail für Sie angeschaut.

Wo bin ich ?

Die Funktionsweise von GPS haben wir schon mehrfach beschrieben. Fassen wir deshalb nur kurz Grundsätzliches zusammen : Zur Ortsbestimmung auf der Erde brauchen wir, wenn keine charakteristischen Landmarken zur Verfügung stehen, Referenzpunkte wie zum Beispiel die Sonne. Deren Position im Himmel können wir zur jeder Tageszeit berechnen, und wenn wir, vereinfacht gesagt, unseren Standort im Verhältnis zur Sonne messen (Winkelmessung mit dem Sextanten), können wir die Koordinaten unseres Standortes daraus ableiten. Das Hantieren mit dem Sextanten ist aber umständlich und für Gleitschirmpiloten sowieso undenkbar. Verspätetes Eintreffen GPS-Satelliten sind künstliche Referenzpunkte, die die Erde in einer Höhe von 20200 Kilometern auf verschieden geneigten Bahnen umkreisen, und auf zwei verschiedenen Frequenzen ununterbrochen verschiedene Codes und Informationen ausstrahlen : den zivil nutzbaren C/A-Code und den militärischen P-Code auf 1575MHz sowie den militärischen Code nochmals auf 1227 MHz. Zu jedem Zeitpunkt sind von fast jedem Ort auf der Erde mindestens 4 Satelliten sichtbar : der Empfänger kann damit seine Position (Länge, Breite, Höhe) theoretisch auf wenige Meter genau berechnen. Das funktioniert vereinfacht ausgedrückt so : der Empfänger mißt die Zeit, die die ausgestrahlten Signale benötigen, um bei ihm anzukommen, und multipliziert diesen Wert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwellen (300000km/s). Das Ergebnis ist die Distanz zum Satelliten : der Empfänger befindet sich also irgendwo auf einer Kugel mit dem Radius dieser Distanz. Mehrere Satellitenmessungen ergeben mehrere Kugeln, die sich schließlich in einem Punkt, nämlich dem Standort des Empfängers, schneiden.

Das kleine Detail

Wie kann der Empfänger die Laufzeit der Signale stoppen ? Theoretisch muß der Empfänger ja seine Stoppuhr genau in dem Moment starten, in dem der Satellit den Beginn des Signals los schickt. Eine solche hundertprozentige Synchronisation ist natürlich nicht möglich. Die Lösung : selbst wenn die gemessenen Distanzen wegen der Uhrenunterschiede nicht ganz mit der Realität übereinstimmen, sind doch alle gleichzeitigen Messungen zu den sichtbaren Satelliten mit demselben Fehler behaftet, denn die Satelliten sind untereinander synchronisiert. Die gemessenen "Pseudodistanzen" müssen nur rechnerisch solange verschoben werden, bis sie sich schneiden : der Fehler ist aufgehoben. Deswegen sind zu einer dreidimensionalen Positionsbestimmung auch vier Satelliten notwendig : ein Signal wird zur Ausschaltung des unbekannten Faktors "Uhrenfehler" benötigt"

Die Ausgabe

Jetzt muß der ermittelte Standort nur noch ausgegeben werden : früher geschah das ausschließlich über ein nüchternes Zahlenpaar im Stile "N42°34,10' E8°46,35' ", heute blinkt unser Standort bei den Geräten der oberen Preisklasse auf einer detaillierten Karte mit Straßen, Flüssen, Orten... Außerdem können wir unsere derzeitige Geschwindigkeit über Grund ablesen, die vom Empfänger entweder über die Positionsveränderung oder über Messung des Dopplereffektes auf die eingehende Trägerfrequenz berechnet wird.

Auf der Autobahn

Die nächste wichtige Funktion des GPS ist neben der Angabe von Position und Geschwindigkeit die Verfolgung eines Wegpunktes : man gibt dem GPS die Position des gewünschten Zieles ein und wird dann dorthin gelotst. Das kann zum Beispiel über die Kompassrose geschehen : ein Pfeil auf der Kompassrose zeigt die Richtung zum Ziel, und die Stellung der Rose gibt die derzeitige Flugrichtung an. Eine andere beliebte Möglichkeit ist der Autobahn-Bildschirm : solange der Benutzer auf das gewünschte Ziel zufliegt, steht die stilisierte Autobahn wie bei einem antiquierten Videospiel gerade auf dem Bildschirm. Wenn der Benutzer die vorgegebene Route verläßt, knickt die Strasse auf dem Bildschirm ab und wandert zu den Bildrändern aus. Wichtig : die graphisch angegebene Richtung auf dem Bildschirm stimmt nur, wenn der Benutzer in Bewegung ist (das ist im Flug zum Glück meistens der Fall) und den Empfänger gerade vor sich hält : das Gerät selber weiß nicht, wie es zum Norden ausgerichtet ist ! Selbstverständlich können auch mehrere Wegpunkte zu einer "Route" zusammengefaßt werden : der Benutzer gibt zum Beispiel einen Flug von A nach B vor, muß aber einen Umweg über C und D machen. Er gibt also die Route A-C-D-B ein, und beim Erreichen eines Wegpunktes schaltet das Gerät automatisch auf den nächsten Wegpunkt um und lotst den Piloten von Etappe zu Etappe.

Hänsel und Gretel

Eine weitere wichtige Funktion guter GPS-Empfänger ist die Speicherung der zurückgelegten Strecke und deren graphischer Ausgabe : wie Hänsel und Gretel läßt der Pilot sekündlich einen Brotkrumen auf dem Bildschirm fallen. Auch viele GPS-Empfänger ohne geladene Kartographie zeichnen so die Draufsicht der Flugbahn mit. Es ist faszinierend, wie bei entsprechender Einstellung ("sekündliches Mitschreiben") wirklich jeder S-Schlag des Landeanflugs auf dem Bildschirm zu sehen ist ! Gute Geräte erlauben ebenfalls eine Rückverfolgung der zurückgelegten Strecke : der GPS-Empfänger geleitet den Benutzer Punkt für Punkt auf dem umgekehrten Weg zum Ausgangsort zurück. Das ist allerdings eher für terrestrische Navigation interessant : für einen motorlosen Gleitschirm gestaltet es sich ziemlich schwierig, am Landeplatz zu starten und die Flugbahn wieder rückwärts abzufliegen...

Neue Features

Alle beschriebenen Funktionen gehören zur seit geraumer Zeit zum Standard eines guten GPS. In den letzten Jahren sind andere Features dazu gekommen : zum Beispiel finden die Empfänger beim Einschalten ihre Position dank moderner Zwölf-Kanal-Technik sehr viel schneller, sind auch durch zeitweilige Abschattungen nicht zu verwirren und funktionieren selbst im Auto ohne externe Antenne meist recht gut. Große Fortschritte wurden auch im Bereich der Hintergrundkarten zur Veranschaulichung der Position gemacht . Früher bekam der Benutzer durch die Eingabe möglichst vieler Wegpunkte im graphischen Bild eine erste grobe Veranschaulichung seiner Position. Als nächster Schritt wurden Geräte mit eingebauter Datenbank wie zum Beispiel der Magellan 315 unseres Tests angeboten : es werden zwar immer noch keine Flüsse, Straßen oder Küstenlinien eingezeichnet, dafür sind aber die Positionen kleiner bis mittlerer Ortschaften durch ein Kreuz und namentlich auf dem Bildschirm gekennzeichnet. Dies erlaubt eine grobe Orientierung auf der Karte sowie die einfache Eingabe eines Ziels, wenn es nahe bei einer gespeicherten Ortschaft liegt. Danach kamen die ersten Geräte mit eingebauter Karte : Küstenlinien, Strassen und Flüsse eines Kontinents erscheinen mit einer gewissen Detailtreue, die bei einigen Geräten durch Nachladen höchst detaillierter regionaler Karten verfeinert werden kann. Gewünschte Zielpunkte lassen sich übrigens so oft direkt auf der Karte abgreifen und brauchen nicht umständlich eingegeben werden. Summum aktueller Detailvielfalt : der eMap von Garmin ist im Grundzustand schon mit einer sehr feinen Karte ausgestattet, auf der selbst der Verlauf kleinerer Strassen und Flüsse recht genau eingezeichnet ist. Nach Aufrüstung auf 8 oder 16 MB können auf Wunsch aber zum Beispiel auch naheliegende Krankenhäuser, Fast-Food-Buden und Amtsstuben der Region angezeigt werden. Allerdings waren diese Angaben bei unseren Tests nicht immer sehr überzeugend. Außerdem stellt der eMap ein typisches Beispiel eines GPS für Fußgänger und Autofahrer dar : das Gehäuse ist nur noch spritzwasserdicht, und auf dem Navigationsbildschirm fehlten beim Testmodell wichtige Anzeigemöglichkeiten wie zum Beispiel der Autobahnbildschirm bei der Routenverfolgung oder eine genau Angabe des derzeitigen Kurses über Grund ! Gemäß Hersteller sollen aber in zukünftigen Software-Versionen neue Informationen dazu kommen (Der Flash-Rom der Geräte ist laut Garmin upgrade-fähig). Kartenarbeit Überhaupt sollte der GPS-Käufer genau überlegen, was er alles mit seinem GPS machen möchte, und den Verkäufer um eine eigehende Demonstration aller Möglichkeiten bitten. Wenn er sich für ein Kartenmodell entscheidet, gilt das auch und gerade für das verfügbare Kartenmaterial. Der Lowrance Globalmap zum Beispiel schluckt Navionics-Karten und eignet sich damit hervorragend für maritime Zwecke : fast jede Kaimauer der Häfen ist bei entsprechendem Nachladen zu sehen. Dafür zeigte sich die terrestrische Karte etwas ungenauer als jene des Garmin GPS IIIplus, dessen eingebaute Karte erstaunlich detailliert ist. Dafür kann der Besitzer eines GPSIIIplus in Europa mit dem CD "MapSource World" weniger anfangen : er bekommt zwar beim Nachladen einer Region Leuchtfeuer an der (etwas detaillierteren) Küste dazu, dafür verschwinden im Inland kurioserweise einige Ortschaften und Seen, und die eingezeichnete Position verschob sich bei unserem Test auf der nachgeladenen Karte um einige Dutzend Meter ! Abgesehen von dieser Ungereimtheit hat sich der IIIplus aber als Testsieger im Bereich der Karten-tauglichen Geräte erwiesen : neben der recht hohen Detail-Treue der eingebauten Karte glänzt dieses Gerät durch seine umfangreichen Funktionen, Anzeigemöglichkeiten sowie durch die angenehme Menüführung,die übrigens bei allen Garmin hervorragend ist. Schade ist nur, daß die nachladbaren Karten aller getesteten Geräte keine topographischen Informationen wie Höhenlinien und Gipfel aufweisen - solche Karten gibt es für die USA, und es ist zu hoffen, dass auch Europa in absehbarer Zeit in den Genuß solcher extrem nützlichen Kartendetails kommen wird. Gut bei den meisten GPS des Test : der Stromverbrauch beginnt sich spürbar zu verringern. Früher saugten die "Stromklos", wie sie der Vario-Hersteller Uwe Renschler gerne wenig respektvoll umschreibt, fast einen Satz Batterien pro Flug. Das ist jetzt bei den meisten Kandidaten erheblich besser geworden !

Waypoints auf Psion, PC und Palm

Wesentlich verbessert hat sich in den letzten Jahren die Bearbeitungsmöglichkeit der Wegpunkt-Speicher dank Anbindung an den PC : die meisten Hersteller bieten Programme zum komfortablen Erstellen und Bearbeiten von Waypoints und Routen am heimischen PC an. Die entsprechenden Daten werden auf den GPS-Empfänger per serieller Schnittstelle übertragen. Wer einen PSION-Taschencomputer oder einen PALM hat, findet sogar Freeware-Programme zum Bearbeiten von Garmin-Speichern Nachdem eine NMEA-Verbindung mit dem GPS über ein Nullmodem-Kabel hergestellt wurde, kann man sich auf dem PSION-Bildschirm sogar den derzeitigen Standort auf einer selbstgescannten Karte anzeigen lassen : ein selbstgebastelter Kartenleser, auch für GPS ohne eingebaute Karte (Achtung : die Karte kann in keinem Fall in den Emfänger geladen werden !). Ähnliches geht mit Notebook und zum Beispiel dem Programm Fugawi. Für den Flug ist sowas alles natürlich zu sperrig !

Garmin III Pilot

Ein besonderer Fall ist der Empfänger Garmin GPS III Pilot : auf den ersten Blick sieht er wie ein GPS III Plus aus, im Inneren weist er aber als spezifisches Gerät für die Luftfahrt deutliche Unterschiede auf. Zuerst eine schlechte Nachricht : die eingebaute terrestrische Karte ist weniger detailliert als die des IIIplus. Der nächste Nachteil : es kann auch keine detaillierte Bodenkarte nachgeladen werden. Jetzt die gute Nachricht : die Jeppesen-Datenbank enthält unzählige Flughäfen mit Funkfrequenzen und Pistenbeschreibung sowie Funkfeuer (VOR, NDB) und die Lufträume. Besonderer Clou : wenn die entsprechende Funktion aktiviert ist, schlägt das Gerät bei Annäherung und bei Eindringen in eine Luftraum Alarm und gibt nähere Auskünfte über die entsprechende Zone. Sogar der Name und die entsprechende Frequenz des Kontroll-Organismus ist aufgeführt. Allerdings fehlen Infos wie Aktivitäts-Zeiträume : ganz kommt man um Papierkarten noch nicht herum ! Zudem sind die Nachträge nicht ganz billig : mehrmals im Jahr kann man eine Diskette erstehen, die sich nur einmal benutzen läßt (Kopierschutz) und über einen PC die Jeppesen-Datenbank auffrischt. Sehr faszinierend ist auch die Möglichkeit, das Gerät zur vertikalen Navigation zu benutzen. Wer auf einen Zielflughafen oder auf einen beliebigen Waypoint zufliegt, kann die gewünschte Ankunftshöhe (in AMSL) eingeben und wird dann auf dem gewünschten Gleitpfad gehalten : sinkt der Pilot zum Beispiel zu langsam, wandert die Horizont-Linie im HSI -Bildschirm nach unten. Allerdings ist das für viele Gleitschirm-Piloten eher eine Spielerei, die IFR-Feeling aufkommen läßt, als eine absolut unerläßliche Funktion. Außerdem setzt Garmin für ein korrektes Funktionieren einen Minimum-Speed von 35 Knoten voraus. (Bei unseren kurzen Versuchen ging es auch darunter).

Farbenfroh

Ein anderes besonderes Gerät ist das etrex von Garmin : zum ersten Mal wird GPS "funny" ! Schluß mit traurig-grauen Kästen, es lebe die Farbe ! Ganz wie die GSM-Handys der neuen Generation ist poppiges Design angesagt : Winzig, handlich und leicht liegt das quitschgelbe Gehäuse in Hand. Und auch auf dem Bildschirm hat das Zeitalter des graphischen "Schnick-Schnack" Einzug gehalten, wie Puristen sicher zu Recht einwenden mögen : schon beim Einschalten marschiert ein Männchen über den Bildschirm und sucht den Himmel nach Satelliten ab. Dasselbe Männchen verdeutlicht auch dem letzten Navigations-Laien die Bedeutung der Wegpunktdefinition : beim Festlegen eines Waypoints pflanzt der fleißige Helfer eine Fahne in den Boden und erkundigt sich besorgt vor der endgültigen Definition "OK ?". Ganz klar : dies GPS ist mit Hinblick auf das riesige Marktpotential der Fußgänger gemacht worden, die in die Matiere der Navigation ohne abschreckende Zahlenkolonnen eingeführt werden möchten. Selbst der numerische Ausdruck der derzeitigen Position ist nicht auf den ersten Blick zu finden : erst nach einigen Tastendrücken auf die seitlich angebrachten Knöpfe gibt das etrex Informationen wie Geschwindigkeit und Position preis. Aber : die meisten notwendigen Parameter sind irgendwo zu finden, und der etrex kann sich deshalb und aufgrund seines handlichen Formats auch für Gleitschirmpiloten eignen. Nur der kleine Routenspeicher und die im Flug umständliche Bedienung über die seitlichen Knöpfe fallen dann etwas unangenehm auf. GPS-wofür ?

Wofür brauchen wir Gleitschirm-Piloten überhaupt GPS ? Die Frage erübrigt sich für Streckenpiloten : die Satellitenhandys nehmen dem Piloten bei größeren Streckenflügen einen großen Teil der navigatorischen Aufgaben ab, wenn die geplante Strecke im Vorfeld definiert worden ist. Aber auch für Genuß-Piloten ohne große Strecken-Ambitionen kann ein Empfänger zum unentbehrlichen Helfer werden : im Urlaub zum Beispiel, wenn Start- und Landeplätze in einigen Gebieten nur über Koordinaten-Angaben gut zu finden sind, oder wenn es ganz einfach darum geht, die Rückholung nach einer Außenlandung zu organisieren. Im Flug ist ebenfalls das Wissen um den wahren Kurs und die Geschwindigkeit über Grund von entscheidender Bedeutung : wer gegen den Wind auf einmal 0 Groundspeed abliest, kann daran auch in großer Höhe erkennen, daß die Windgeschwindigkeit die Eigengeschwindigkeit des Schirms erreicht hat. Anderes Beispiel : wer auf seinem Kompass einen Kurs von 0 Grad abliest, auf dem GPS aber erfährt, daß er über Grund nach 330° fliegt, kann daraus auf einen starken östlichen Seitenwind schließen. Und wer im Landeanflug 80 km/h Groundspeed abliest, merkt schon vorm Eincrashen, daß er mit ziemlich viel Rückenwind landet ! Einige GPS-taugliche Variometer, gekoppelt an einen GPS-Empfänger, geben die aktuelle Windgeschwindigkeit und -Richtung sogar in km/h und teilweise in Grad an ! Das Kombigerät von Aircotec zum Beispiel enthält einen ordentlichen GPS-Empfänger und errechnet beim Flug fast ununterbrochen die aktuelle Windgeschindigkeit. Die Windrichtung wird sowohl absolut als auch im Verhältnis zur Flugrichtung graphisch schön anschaulich dargestellt. Solche Funktionen, wie auch die Nutzung der GPS-Daten für Endanflugrechner, stellen wir in einer der nächsten Ausgaben mit einem Test von Spitzenvarios vor. Ganz besonders nützlich ist das GPS auch im Wettkampf : immer mehr Organisatoren ersetzen die Fotosektoren bei Wendebojen durch GPS-Aufzeichnungen : schließlich läßt sich anhand der aufgezeichneten Flugbahn erkennen, ob der Pilot die Wendeboje umflogen hat oder nicht. Auch im Sicherheitsbereich bekommt GPS zusätzliche Bedeutung : zum Beispiel hat der Fabrikant Suunto ein erstes europäisches Mobiltelephon mit eingebautem GPS vorgestellt. Im Falle eines Notfalles wird, wenn der Netzprovider diese Funktion zuläßt, automatisch mit dem Notruf der aktuelle Standort des Anrufers übermittelt. Dank der Aufhebung der SA ist auch die Funktion "Höhenmesser" des GPS präziser geworden. Dennoch können die Satellitenhandys das Altivario nicht ganz ersetzen : jenes bleibt viel feinfühliger für kleine Höhengewinne. Zuletzt noch eine Warnung : ohne Frage ist GPS erstaunlich exakt geworden. Versuche zeigen, daß die horizontale Ungenauigkeit jetzt oft unter 10 Metern liegt. Das sollte aber auf keinen Fall zu IFR-Gelüsten führen : auch mit dem "neuen", präzisen GPS wäre es selbstmörderisch, "auf Instrumente" durch den Nebel zu fliegen. Zum einen kann sich die Präzision durch Störungen in der Ionosphäre zeitweilig drastisch verschlechtern, zum Anderen behalten sich die Amerikaner vor, im Bedarfsfall den Empfang regional zu stören. Die zivile Luftfahrt ist deswegen auch lange mißtrauisch geblieben : an Bord vieler Linienmaschinen befindet sich auch heute noch kein GPS ! Die Piloten vertrauen lieber den bordeigenen, autonomen Trägheitszentralen und zivilen Funkfeuern wie den VOR's. Und der Landeanflug wird bei schlechten Sichtverhältnissen ebenfalls über Flughafen-eigene Funkfeuer (Loc/Glide) geleitet.

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(c) THERMIK-VERLAG, Stelzhamerstr. 18, A-4600 Wels
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags
Herausgeber: Mag. Norbert Aprissnig
Webmaster und Online-Redaktion: Sascha Burkhardt
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