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Durchsicht


segeln - epaper ⋅ Ausgabe 100/2021 vom 13.09.2021

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Gerade bei verminderter Sicht schafft ein vorhandenes Radargerät Handlungsspielraum und beruhigt die Nerven

Stellen Sie Dänemark ein!“ Mit diesen Worten begann die Radarprüfung gegen Ende meines Nautikstudiums in Warnemünde. Gemeint war, dass ich das Bild des historischen, aber für Ausbildungszwecke gern genutzten Radargerätes mit grünem Kathodenstrahlröhrenbildschirm so einstellen sollte, dass die Küste des etwa 25 Seemeilen entfernten Gedser erkennbar wurde. Nötig war hierzu die verschiedenen Drehregler für Tune, Gain, FTC und STC einzustellen, um Störendes wie die Radarechos von Wellen herauszufiltern. Aber eben gerade so, dass zum Beispiel kleine Wasserfahrzeuge noch sichtbar blieben. Um damals ein für den Professor, einen langgefahrenen Kapitän der Handelsschifffahrt, zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen, waren zuvor viele Übungsstunden nötig gewesen, oder um es anders auszudrücken: Erfahrung im Umgang mit dem Radargerät. Und damit sind wir schon im Jetzt angekommen, denn vieles, was Jahrzehnte ...

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... lang per Hand eingestellt und den jeweiligen Wetterbedingungen angepasst werden musste, erledigen moderne Radargeräte fast von ganz alleine. Doch dazu später mehr.

Abstand und Peilung

In der Zeit kurz vor und während des Zweiten Weltkriegs erlebte eine neue Technologie, bei der mit Hilfe der Reflexion von elektromagnetischen Wellen Objekte wie Flugzeuge und Schiffe über viele Meilen hinweg geortet werden konnten, einen regelrechten Boom. Der Brite Sir Alexander Watson-Watt gilt als Erfinder dieser revolutionären, auf Radar getauften Technologie. Radar selbst ist eine Abkürzung und steht für ‚Radio direction and ranging’ und bedeutet übersetzt Funkortung und Abstandsmessung. Das Grundprinzip der Messung ist, einen elektromagnetischen Impuls auszusenden und die Zeit zu messen (Laufzeit), bis dieser Impuls von einem Objekt reflektiert und von der eigenen Antenne wieder empfangen wird. Da sich die elektromagnetischen Wellen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit (c≈ 300.000 km/s ≈ 300m/μs) ausbreiten, kann aus der gemessenen Laufzeit eines Impulses die Distanz zum Objekt ermittelt werden. Aus dem Antennenwinkel kann die Peilung zum Objekt bestimmt werden. Mit diesen beiden Werten ist eine genaue Beschreibung der Position eines Objekts im Verhältnis zur eigenen Position möglich.

Plotten

Wird diese Art der Messung mehrfach wiederholt, lässt sich der genaue Kurs eines Schiffes und seine Geschwindigkeit relativ zum Beobachter bestimmen. Dieses Vorgehen wird Plotten genannt. Früher wurde dazu entweder mit einem Fettstift direkt auf den Radarbildschirm oder auf eine Papier-Plottspinne gezeichnet und erforderte ein nicht unerhebliches Maß an geometrischem Verständnis und Erfahrung, um die beiden für die Kollisionsverhütung wichtigsten Ergebnisse, CPA und TCPA, daraus abzuleiten. CPA steht für ‚Closest Point of Approach’, auf deutsch Passierabstand, und gibt die bei unveränderter Fahrt naheste Annäherung an das geortete Objekt an, ist also eine Distanzangabe. Ein CPA von null bedeutet, es würde ohne Kursänderung zu einer Kollision kommen. Das TCPA ist die zweite elementare Angabe im Umgang mit dem Radargerät, bezogen auf die Kollisionsverhütung und steht für die Zeit, die vergehen wird, bis es zum CPA kommt. Das TCPA ist also eine Zeitangabe, die üblicherweise in Minuten angegeben wird. Ein TCPA von 15 Minuten und ein CPA von null Seemeilen sagt aus, dass es in 15 Minuten zur Kollision kommen würde. Moderne Radargeräte in der Berufsschifffahrt verfügen über eine Plottautomatik, ARPA genannt, die das Plotten von Radarzielen rechnergestützt übernimmt. Im Sportbootbereich wird hier von MARPA gesprochen (Mini Automatic Radar Plotting Aid).

Radartechnische Kenn größen

Wie bereits erwähnt, werden beim Radar Impulse erzeugt, ausgesendet und wieder empfangen. Für zivile Radargeräte in der Seefahrt sind dafür zwei Frequenzbereiche freigegeben: Zum einen das X-Band (auch ‚3 cm-Radar’ genannt) zwischen 9,3 und 9,5 GHz und Wellenlängen von 3,24 bis 3,16 Zentimetern. Zum anderen das S-Band (auch ‚10 cm-Radar’ genannt) zwischen 2,9 GHz und 3,1 GHz und Wellenlängen von 10,34 bis 9,86 Zentimetern. Die beiden Frequenzbereiche benötigen jeweils eine eigene Antenneneinheit. In Radargeräten für Sportboote wird allerdings ausschließlich das X-Band verwendet. Dieses liefert, verglichen mit dem S-Band, ein etwas besser aufgelöstes Radarbild im Nahbereich, was nicht nur die Kollisionsverhütung, sondern auch das Auffinden und Erkennen von Tonnen und Hafeneinfahrten erleichtert. Es wird jedoch von Regen etwas mehr gedämpft, stärker vom Seegang reflektiert und hat etwas weniger Reichweite.

Weitere Kenngrößen sind die Impulslänge und Impulswiederkehr oder Impulsperiode. Je kürzer der Impuls einer Sendeantenne, desto schärfer wird das Radarbild theoretisch darstellbar. Ein längerer Impuls besitzt hingegen mehr Energie und erleichtert damit in der Empfangseinheit die Verarbeitung der Reflexion. Kurze Impulse sind im Nahbereich sinnvoll, längere auf größere Distanzen. Die Impulsperiode gibt an, wie viele Impulse pro Zeiteinheit ausgesendet werden.

Öffnungswinkel

Je kleiner der horizontale Ausstrahlungswinkel einer Radarantenne, desto besser, da sich dadurch die azimutale Auflösung verbessert. Liegen zwei Radarziele dicht nebeneinander, entscheidet der Öffnungswinkel darüber, ob die beiden Objekte einzeln oder verschmolzen dargestellt werden. Zur Veranschaulichung kann als Beispiel das Licht einer Taschenlampe und das Licht eines Laserpointers betrachtet werden. Ein großer Öffnungswinkel entspricht hierbei der Taschenlampe, ein kleiner dem Laserpointer. Das Licht einer Taschenlampe kann auf größere Distanz mehrere Objekte gleichzeitig treffen, was der Empfangsanlage dann ein einziges großes Ziel vorgaukelt. Der kleine Lichtpunkt des Laserpointers wird von den Objekten hingegen einzeln reflektiert, und es können mehrere Ziele wahrgenommen werden. Die meisten Antennen im Bereich der Sportboote liegen zwischen sechs und zwei Grad azimutaler Auflösung. Hier gilt bauartbedingt: Je Größer die Antenne, desto kleinere horizontale Öffnungswinkel sind möglich. Daher sind die Balkenantennen auf großen Yachten und Berufsschiffen teils mehrere Meter breit. Auf Sportbooten kommen überwiegend kompakte, leichte Antennen in Radom-Bauweise zum Einsatz, in denen sich Leinen wie Fallen nicht so leicht verheddern können.

Der vertikale Öffnungswinkel der Radarantenne kann hingegen nicht klein gehalten werden, da das Boot stampft und sich dabei auf und ab bewegt. Dieser Öffnungswinkel liegt meist bei 20 bis 25 Grad. Also circa zehn Grad nach oben und unten. Wäre der Winkel kleiner, würden die Radarimpulse überwiegend ins Wasser (bei der Abwärtsbewegung des Bootes) oder in die Atmosphäre (bei der Aufwärtsbewegung) gesendet.

Impulsradar

Die klassische und in der Berufsschifffahrt nach wie vor übliche Art der Radargeräte sind die Impulsradare. Dort wird im Wechsel ein Impuls gesendet und dann auf die Reflexion gewartet, empfangen, ausgewertet, wieder gesendet und so weiter. In ihnen werden sehr energiereiche Impulse mit einigen Kilowatt Leistung von einem sogenannten Magnetron erzeugt, ähnlich der Technik in der heimischen Mikrowelle. Im Einsatz auf Sportbooten hat ein Impulsradar mit Magnetron jedoch einige Nachteile: Das Magnetron muss beim Starten des Radargeräts relativ lange vorheizen, eine sehr schnelle Inbetriebnahme ist daher nicht möglich. Es benötigt viel Strom und ist bauartbedingt schwerer. Außerdem sind die energiereichen Impulse gesundheitsschädlich, und das Magnetron unterliegt einer Alterung, die mit der Zeit zu einer Veränderung des Frequenzbereichs des Impulses führt.

Solid-State-Radar

Doch in den letzten Jahren hat es gewaltige Weiterentwicklungen im Bereich der Radartechnik gegeben. Fortschritte in der Halbleitertechnik und das zur Verfügung stehen von kostengünstiger Rechenleistung an Bord, haben die Gerätehersteller dazu gebracht, völlig neue Wege in der Impulserzeugung und Signalverarbeitung zu gehen. Geräte, die nicht auf ein Magnetron zurückgreifen, werden dabei als Solid-State bezeichnet.

FMCW

Den Anfang machte 2009 die Firma Navico, zu der die Marken Simrad, Lowrance und B&G gehören, mit dem ‚Broadband’-Radar. Dieses arbeitet nach dem Dauerstrichprinzip, abgekürzt FMCW, was für ‚Frequency Modulated Continuous Wave’ steht (Frequenzmodulierte Dauerwelle). Hier werden keine einzelnen Impulse mehr erzeugt und gesendet, sondern ein permanenter Impuls beziehungsweise eine Welle. Damit aus den zurückstrahlenden Echos aber überhaupt etwas herausgelesen werden kann, wird der Impuls über die Zeit moduliert. Das heißt, die elektromagnetische Welle verändert ihre Frequenz. So kann per Berechnung innerhalb der Empfangseinheit dem empfangenen Signal die Distanz des Objekts zugewiesen werden.Das spektakuläre daran: Die Sendeleistung beträgt laut Navico beim aktuellen Broadband 4G gerade einmal 165 Milliwatt, der Stromverbrauch nur 20 Watt. Somit ist es auch beim Segeln möglich, das Radargerät lange Zeit laufen zu lassen, ohne fürchten zu müssen, die Bordbatterien zu schnell zu entleeren. Außerdem fällt das Vorwärmen bei dieser Art Radar vollständig weg. Auf großen Entfernungen ist die Auflösung des Radarbilds jedoch anderen Verfahren leicht unterlegen. Dafür ist der blinde Bereich um die Antenne jedoch deutlich kleiner als bei einem Pulsradar, was zum Beispiel das Erkennen von Fahrwassertonnen in unmittelbarer Nähe möglich macht.

Fünf Fragen an…

…Steve Grabbert, Nautiker, fährt als Offizier und Kapitän auf verschiedenen Schiffen im Revier rund um Rostock-Warnemünde und der angrenzenden Ostseeküste. Dabei kommt es regelmäßig zu Begegnungen mit Sportbooten.

Wie gut oder schlecht sind Sportboote auf Ihrem Schiffsradar zu erkennen?

Aus meiner Erfahrung eigentlich sehr gut. Selbst bei schlechterem Wetter und hohem Seegang stechen Segler auf dem Radarbild noch deutlich heraus und hinterlassen einen ordentlichen Trail, sofern man es selber natürlich gut und passend eingestellt hat.

Wie sehen Sie das Zusammenspiel von Sportschifffahrt, speziell der Segler, mit der Berufsschifffahrt?

An sich sollte jeder, ob Segler oder Berufsschiffer, seine Rechte und Pflichten gegenüber dem anderen kennen. Schwarze Schafe gibt es aber immer, auch auf beiden Seiten. Schwierig für mich als Offizier auf einem Maschinenfahrzeug wird es, wenn ich gezwungen bin, durch ein Regattagebiet zu fahren, weil ich auf Grund der Anzahl der Segelboote und meiner eigenen Manövrierfähigkeiten oft nicht alle Regeln befolgen kann.

Hatten Sie jemals brenzlige Situationen an Bord, die durch Segler verursacht wurden?

Ja, zwei Situation sind mir besonders in Erinnerung geblieben. Beide kamen zustande, weil ein Segelboot kurz vor einer sicheren Passage den Kurs änderte und mich so zum Ausweichen zwang. Eine Situation endete mit einem Voll- Zurück-Manöver, bei der zweiten blieb mir nur noch ein Vollkreis über Steuerbord.

Was könnten Segler anders machen, um eventuell gefährliche Begegnungen auf See zu verhindern?

Wichtig aus meiner Sicht ist, dass sich Segler auch ihrer Kurshaltepflicht bei einer Annäherung mit einem Maschinenfahrzeug bewusst sind. Dazu gehört auf plötzliche Manöver wie Wenden und Halsen zu verzichten. Oder sich auch an die Spielregeln halten, was ein Segelboot unter Maschine betrifft, denn auch wir ‚Motorbootfahrer’ wissen, dass man bei ein bis zwei Windstärken nur schwerlich mit sieben bis acht Knoten segeln kann.

Sehen oder gesehen werden: Was würden Sie einem Segler empfehlen, Radar, aktives AIS oder beides?

Aus meiner Sicht macht ein Radar mehr Sinn. Aus eigener Erfahrung weiß ich, dass das menschliche Auge zwar viel sieht, aber ein regelmäßiger Blick auf das Radar doch hin und wieder zu einer Überraschung führt. Die Umgebung ist einfach zu groß, und auch Kursänderungen anderer Fahrzeuge lassen sich einfacher auf dem Radar nachvollziehen. Als Berufsschiffer wünscht man sich, dass mehr Segler auf ihr Funkgerät achten. In Bezug auf die Kommunikation hat AIS in dieser Hinsicht große Vorteile.

Pulskompression

Die meisten großen Hersteller von Marine-Radargeräten haben inzwischen eine weitere Art Radargerät im Programm, die nach dem Prinzip der Pulskompression arbeitet. Diese Radare stellen vereinfacht gesprochen eine Kombination aus Puls- und FMCW-Geräten dar. Wie beim Pulsradar wird abwechselnd gesendet und empfangen. Allerdings wird der Impuls ähnlich dem des FMCW-Radars moduliert, verändert also seine Frequenz. Es wird dabei von den Herstellern vorwiegend die CHIRP-Modulation verwendet, wie sie auch bei Echoloten zum Einsatz kommt. Bei dieser Art der Pulserzeugung ist die Auflösung sowohl im Nahbereich als auch auf größere Distanzen gut. Der Stromverbrauch ist bei diesen Geräten recht niedrig (siehe Marktübersicht), die Sendeleistung jedoch deutlich höher als bei FMCW-Radaren.

Funktionen

Was viele Segler bisher davon abschreckte, überhaupt über die Anschaffung eines Radargerätes nachzudenken, war die Komplexität der Einstellmöglichkeiten des Geräts. Den falschen Regler etwas zu weit oder zu wenig aufgedreht, und schon war auf dem Bildschirm nichts mehr zu erkennen und das teure Gerät im Prinzip nutzlos. Doch die Hersteller haben etwas unternommen. Inzwischen ist es möglich, quasi ohne Kenntnis der Radartechnik, ein Radargerät zu betreiben. Verschiedene Voreinstellungen im Gerät mit Namen wie ‚Offshore’ oder ‚Hafen’ sind selbsterklärend. Viele Einstellungen werden vom Gerät automatisch vorgenommen. Praktisch ist beispielsweise, dass Radarziele, die sich auf das eigene Schiff zubewegen, rot, und solche, die sich entfernen grün angezeigt werden. Möglich wird dies durch die Nutzung des Doppler-Effekts. Dabei macht man sich zunutze, dass sich die Frequenz der elektromagnetischen Radarwellen verschiebt. Garmin nennt dies ‚Motion Scope’, Furuno ‚Target Analyzer‘.

Einen Schritt weiter geht die MARPA-Funktionalität: Wie eingangs beschrieben, wird durch automatisiertes Plotten eine Einschätzung der Kollisionsgefahr schnell möglich. Bei MARPA dauert es einige Sekunden, bis das Radargerät den Kurs und die Geschwindigkeit des Gegners geplottet hat, dann werden die Radarziele mit Richtungsvektoren angezeigt, und es wird eine leichte Beurteilung der Situation möglich.

Kompatibilität

Generell kann gesagt werden, dass alle Radargeräte nur mit Geräten des selben Herstellers zusammenarbeiten können. Furuno hat mit dem DRS4W-Radar als einziger Hersteller ein Gerät im Programm, das ausschließlich per WLAN via iPhone oder iPad von Apple über eine App gesteuert werden kann. Es entfällt eine sonst notwendige Darstellungs- beziehungsweise Bedieneinheit. Andere Hersteller unterstützen die Bedienung über Tablet zusätzlich zum Multifunktionsdisplay (MFD), nicht jedoch einzeln. Die Kombination der Radarantenne mit einem kompatiblen MFD und nicht als Stand-Alone-Lösung mit eigenem Bildschirm, zusätzlich zu einem eventuell vorhandenen Plotter, macht Sinn, nicht nur aus Platzgründen. So können auf dem MFD als zentrale Bedieneinheit die Daten aller angeschlossenen Geräte angezeigt werden.

Übung

Unabhängig davon, wie einfach die Bedienung von Radargeräten heutzutage geworden ist, sollte jeder Besitzer regelmäßig die Einstellmöglichkeiten üben und sich mit der Menüführung vertraut machen. Am besten bei guter Sicht, um andere Fahrzeuge und Tonnen auch mit dem Auge erkennen und dann mit dem Radarbild abgleichen zu können. Nur so kann sichergestellt werden, dass man das Gerät korrekt bedient, wenn es die Situation erfordert. Nichts beruhigt bei plötzlich aufziehendem Nebel auf See mehr als ein Radarbild der Umgebung.

Radar vs. AIS

Das Radar ist die bis heute beste Art, um Kollisionsverhütung zu betreiben und in dieser Hinsicht in der Seefahrt unersetzlich. Im Sportbootbereich hat sich inzwischen die Verwendung von AIS etabliert, was einen großen Sicherheitsgewinn bedeutet, Radar allerdings nicht ersetzen kann. Ein Boot mit ausgeschaltetem AIS bleibt für andere AIS-Nutzer unsichtbar. AIS ist keine Navigationshilfe. Es ermöglicht kein Fahren bei verminderter Sicht, Radar schon. Außerdem verlässt man sich bei AIS auf die unter Umständen ungenauen Daten eines anderen Schiffes, beim Radar ausschließlich auf die eigenen Messungen. In einer idealen Welt, bei der es nicht auf Anschaffungskosten ankommt, sollte beides an Bord sein.

Text: Nikolas Woeckner