Beispiel: Garmin GPS 55 AVD - Flugnavigation

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Technik des GPS
Die Bedienung und Programmierung eines GPS - Navigators am Beispiel des GARMIN GPS 55 AVD
 
Am Beispiel des GARMIN GPS 55 AVD möchte ich Ihnen einmal zeigen, wie ein GPS-Receiver programmiert und bedient wird. Da für dieses Gerät (bisher) nur eine englische Bedienungsanleitung erhältlich ist, kann Ihnen, sollten Sie bereits ein GPS 50, 55 oder sogar ein 100er erworben und mit den englischen (Fach)ausdrücken Probleme haben, dieser Abschnitt als Bedienungshilfe sehr nützlich sein. Sollten Sie sich ein anderes Fabrikat oder einen anderen Typ zulegen oder bereits besitzen, werden Sie sehr viele Parallelen feststellen.

So unterschiedlich die Bedienungsabläufe bei Fernsehgeräten verschiedenster Hersteller sind, so toben sich auch hier die Programmierer der Gerätehersteller mehr oder weniger zum Vorteil des Anwenders aus. Je nach Leistungsklasse (sprich Preis) sind diese Geräte mit mehr oder weniger Interpretationsmöglichkeiten der Daten ausgerüstet. Die Unterschiede der einzelnen Typen innerhalb eines Fabrikates sind so, dass teurere Geräte in der Regel mehr Möglichkeiten in der Auswahl der Anzeigen, mehr Speicherplätze für eigene Wegpunkte und Routen und mehr Komfort bei den Schnittstellen, der Programmierung oder umfangreicheres Zubehör bieten. Einige Geräte besitzen bereits eine BZT-Zulassung, bei anderen wurde diese vielleicht beantragt und ist zum Zeitpunkt der Drucklegung vielleicht auch schon erteilt. In diesem Zusammenhang möchte ich auch auf das Kapitel 13 in diesem Buch verweisen.

Beim GPS 55 AVD handelt es sich um ein portables Gerät, welches mit Batterien oder mit einem Akkumulator als Stromversorgung arbeitet. Für den festen Einbau wird eine Halterung mitgeliefert. Sie kann mechanisch so eingestellt werden, dass das Gerät mit oder ohne Batteriekasten darin Platz hat. Ein eingebauter Spannungsregler sorgt dafür, dass bei der Versorgung mit einer externen Gleichspannung diese zwischen 5 Volt und 40 Volt betragen darf. Durch das wasserdichte Gehäuse ist auch der Einsatz an Deck eines Schiffes möglich. Dabei wäre jedoch zu erwähnen, dass eine preiswertere Ausführung speziell für die Seefahrt gebaut wird, das GARMIN GPS 50.

(Anm.: Inzwischen ist ein baugleiches Nachfolgegerät, das GARMIN GPS 95 auf dem Markt erhältlich, das besonders für den Umsteiger vom GPS 55 interessant sein könnte. Die Bedienung ist sehr ähnlich, das alphanumerische Display wurde durch eine grafischen Anzeige abgelöst. Da von den 55er Modellen sehr viele verkauft wurden, will ich mich hier dennoch auf dieses beschränken. Für das 95er gibt es inzwischen auch eine ausführliche deutsche Bedienungsanleitung).
 
Der große Unterschied zwischen den beiden Geräten (50 und 55) liegt darin, dass das preiswertere chronologisch gesehen die Vorentwicklung für das GPS 55 ist, einen nicht so leistungsfähigen Rechner enthält und daher für geringere Eigengeschwindigkeiten ausgelegt ist. Dafür besitzt es eine so genannte MOB - Taste (Mann-Over-Board). Geht einmal ein Besatzungsmitglied eines Schiffes unfreiwillig baden, kann sofort per Knopfdruck die momentane Position festgehalten werden. Dies ist beim GPS 55 zwar auch möglich, jedoch nicht so einfach. Dafür ist das etwas teurere GPS 55 durch eine schnellere Elektronik für Geschwindigkeiten von über 1000km pro Stunde und damit für den Einsatz in einem Luftfahrzeug bestens geeignet. Abb. 9.1 zeigt Ihnen das Gerät mit angeschalteter Antenne, die auch abgenommen und über ein mitgeliefertes Kabel, z.B. beim Einsatz in einem Landfahrzeug, an einer günstigen Empfangsstelle positioniert werden kann.

Ohne Verfälschung des C/A-Codes würde die mit dem GPS 55 maximal erreichbare Genauigkeit etwa 15 Meter betragen. Zwei Minuten nach dem Einschalten erhält man seine erste zweidimensionale Position, nach weiteren 30 Sekunden bei günstigem Empfang bereits die dreidimensionale. Diese wird dann jede Sekunde auf den neuesten Stand gebracht. Garmin verwendet für alle seine GPS-Empfänger ein spezielles Empfängerkonzept mit dem geschützten Namen MultiTrac ®. Hierbei handelt es sich um einen Einkanalempfänger, der in schneller Folge bis zu acht Satelliten abfragen und deren Daten einlesen kann.

Weitere hervorzuhebende Merkmale sind die integrierte Hintergrundbeleuchtung von Anzeige und Tastatur für den Betrieb bei Dunkelheit, die abnehmbare Antenne, der aktivierbare Stromsparmodus, die integrierte Avionik-Datenbank (beim Typ AVD), der Simulationsmodus für die eingegebenen Routen, ein Alarmrelais-Ausgang und ein Datenausgang für den Anschluss von Plotter, Display oder Autopilot, über den ich auch meinen Personalcomputer mit den Daten für die im Kapitel 11 beschriebenen Tests versorgt habe.

Abb. 9.2 zeigt die Einteilung des Displays und der Tastatur. Einige Tasten sind doppelt belegt, da sonst mit nur 20 Tasten nicht alle vorgesehenen Funktionen ausgeführt werden könnten. Die oberste Zeile der Anzeige kann bis zu neun alphanumerische Zeichen, die beiden Zeilen darunter bis zu sieben Ziffern darstellen.
Je nach Betriebsart werden einige der 40 festen Zeichen (Banner) eingeschaltet, wobei sich ein paar davon gegenseitig ausschließen. Sie informieren den Benutzer darüber, wie die numerischen und alphanumerischen Anzeigen zu interpretieren sind, zeigen den Status verschiedener Funktionen an oder melden auch einmal einen Ausnahmezustand, welcher durch eine zusätzliche akustische Warnung unterstützt wird. Die Bedeutung dieser Felder und ihre Anordnung auf dem Display können Sie Abb. 9.2 und der Beschreibung, die auf Seite 134 beginnt, entnehmen.
 

Nichts geht ohne Strom ...
Wenn Sie das Gerät mit einem Batterie- oder geladenen Akkusatz versehen oder über die Einbauhalterung mit einer externen Spannung versorgt haben, können Sie es durch Druck auf die Taste
<PWR/BRT> einschalten. PWR steht für Power und mit BRT (Brightness) ist das Einschalten der Hintergrundbeleuchtung gemeint. Zum Einschalten des Gerätes genügt ein kurzer Druck auf diese Taste, zum Ausschalten muss man sie etwa drei Sekunden gedrückt halten, bis die Anzeige erlischt. Ein kürzerer Druck während des Betriebes schaltet die Hintergrundbeleuchtung ein oder aus. Man kann die Dauer der Anzeigebeleuchtung auch so programmieren, dass sie nach einer bestimmten Zeit selbst erlischt, z.B. um die Batterielebensdauer zu verlängern.

Nach dem Einschalten führt das Gerät einen Selbsttest durch. Währenddessen wird auf dem Display die Versionsnummer der eingebauten Software, ein Copyrightvermerk und der Schriftzug
GARMIN angezeigt. Anschließend erscheint beim GPS 55 AVD die Bezeichnung der installierten Datenbank.

Jetzt beginnt das GPS 55, den Himmel nach auswertbaren Satelliten abzusuchen. Falls Sie das Gerät für längere Zeit nicht mehr in Betrieb hatten oder es in ausgeschaltetem Zustand über mehrere hundert Kilometer transportierten, kann dieser Vorgang zur ersten Positionsbestimmung bis zu 12,5 Minuten dauern, da die batteriegepufferte geräteinterne Datenbank erst wieder durch das Einlesen des Almanach von einem Satelliten auf den aktuellen Stand gebracht werden muss. Erst danach weiß das GPS 55, welche Satelliten gerade sichtbar sind. Diese Suche wird durch das ACQ-Symbol (acquiring = erwerben, anschaffen) angezeigt. Bei ständigem Gebrauch des GPS 55 erhalten Sie in der Regel bereits nach etwa zwei Minuten die erste zweidimensionale Position.

 

 

Bedeutung der 40 Festzeichen auf dem Display des GARMIN GPS 55 (AVD)
Aktives
Zeichen
Bedeutung des aktiven Zeichens
NAV Navigation
Zeigt an, dass eine der möglichen Navigationsseiten auf dem Display angezeigt wird
WPT Waypoint (Wegpunkt)
Zeigt an, dass eine der möglichen Wegpunktseiten auf dem Display angezeigt wird
RTE Route (Route, Strecke)
Zeigt an, dass eine der möglichen Routenseiten auf dem Display angezeigt wird
SET (setzen, einstellen)
Zeigt an, dass eine Seite des Einstellmenüs angezeigt wird
ASTO AutoStore (automatisches speichern)
Zeigt an, dass Sie in diesem Stadium die aktuelle Position speichern können
MSG Message (Nachricht)
Blinkt um anzuzeigen, dass Sie mit der MSG-Taste eine vom GPS vorbereitete Nachricht auf das Display bringen können. Gleichzeitig wird der eingebaute Summer und ein externes Alarmrelais aktiviert, falls dieses angeschlossen ist
MORE (Mehr)
Zeigt an, dass mit der Taste MORE zwischen mehreren Möglichkeiten gewählt werden kann. Nach jedem Druck auf die MORE-Taste ändert sich das Feld, unter dem der Cursor steht
DATA (Daten)
Zeigt an, wenn Daten vom Satelliten eingelesen werden
ACQ Acquire (erwerben, hier: suchen)
Zeigt an, dass nach Satelliten gesucht wird
2D Zeigt an, wenn eine 2D-Positionsbestimmung möglich ist
3D Zeigt an, wenn eine 3D-Positionsbestimmung möglich ist
DR Dead Reckoning
Zeigt an, dass die Position nicht festgestellt werden kann
Die folgenden Festzeichen beziehen sich auf die Interpretation der Anzeigen, über oder neben denen sie angeordnet sind.
DTK Desired Track (gewünschte Richtung)
Bezeichnet den rechtweisenden Kurs in Grad zwischen dem "FROM" - Wegpunkt und dem "TO" - Wegpunkt des aktiven Teils der Route
BRG Bearing (Richtung, Peilung, wörtl.: Beziehung)
Bezeichnet den Winkel zwischen dem geogr. Nordpol und dem anzusteuernden Wegpunkt, gemessen vom eigenen Standort aus
CTS Course To Stear (Steuerkurs)
Zeigt den vom GPS empfohlenen Steuerkurs an, um den nächsten Wegpunkt am schnellsten zu erreichen
STR Stear Direction an Distance (Steuerrichtungshinweis)
zusammen mit dem Festzeichen L (left oder links) bzw. R (right oder rechts) zeigt diese Anzeige den Abstand von der Kurslinie und die Steuerrichtung dahin an.
RNG Range (hier: Reichweite)
Zeigt den Abstand, also die Entfernung zum nächsten Wegpunkt an
DMG Distance Made Good (hier: gewonnene Distanz)
Damit meint das GPS die zurückgelegte Entfernung (Luftlinie) vom letzten noch aktiven "FROM"-Wegpunkt bis zur aktuellen Position
CMG Course Made Good (Peilung vom "FROM"-Wegpunkt)
TRK Track (wörtl.: Verfolger)
Dies ist der Winkel zwischen dem geogr. Nordpol und der Bewegungsrichtung über Grund
TRN Turn Instruction (hier: Bewegungsanweisung)
Es wird der Winkelunterschied zwischen dem BRG oder dem CTS (je nachdem, welche Einstellung gewählt wurde) und dem TRK angezeigt. R oder L gibt die Kursverbesserungsrichtung an und die Anzeige selbst den Fehlerwinkel in Grad
ETE Estimated Time Enroute (voraussichtliche Zeit für das Zurücklegen der aktiven Route)
Hier wird die Zeit in Stunden und Minuten angezeigt, die bezogen auf den bisherigen Bewegungsverlauf noch benötigt wird, um den nächsten Wegpunkt zu erreichen
GS Ground Speed (Geschwindigkeit über Grund)
Hier wird die tatsächliche Geschwindigkeit, bezogen auf die Erdoberfläche angezeigt, nicht die gegenüber dem Wasser oder beim Flugzeug der es umgebenden Luft.
VMG Velocity Made Good (wörtl.: gutgemachte Geschwindigkeit)
Hier zeigt das GPS die errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit an
Die nun folgenden Festzeichen geben die Maßeinheiten für die einzelnen angezeigten Werte an.
FT Feet (Anzeige erfolgt in Feet (Fuß))
MT Meter (Anzeige erfolgt in Meter)
NM Nautical Miles (Anzeige erfolgt in nautischen Meilen)
MI Statute Miles (Anzeige erfolgt in Landmeilen)
KM Kilometer (Anzeige erfolgt in Kilometer)
KT Knot (Anzeige erfolgt in Knoten)
MH Miles/Hour (Anzeige erfolgt in Meilen pro Stunde)
KH km/Hour (Anzeige erfolgt in Kilometer pro Stunde)

 

Abb. 9.3 zeigt Ihnen die in der Tabelle erklärten Abkürzungen der Festzeichen für die Benennungen der Kurse und Richtungen noch einmal graphisch zum besseren Verständnis. Diese Bezeichnungen werde ich in diesem Kapitel noch öfters benützen.

Bevor Sie das Gerät zum ersten mal für die Navigation benützen, sollten Sie die so genannte Personalisierung durchführen. Die vom Hersteller voreingestellten Parameter können Sie meist übernehmen. Sie sollten sie jedoch auf jeden Fall überprüfen und wissen, was sie bedeuten und welchen Einfluss sie auf das Gerät, seine Anzeigen und seine Bedienung haben.

Mit Personalisierung meint man hier das Anpassen der Geräteparameter an die persönlichen Bedürfnisse. Ein Pilot möchte vielleicht eine andere Anzeigenkombination oder einen anderen Maßstab benützen, als dies z.B. ein Skipper oder ein Wanderer gerne hätte. Damit Sie einmal sehen, welche Möglichkeiten ein moderner GPS-Empfänger alleine hier bietet, werde ich im folgenden Abschnitt die Personalisierung des GARMIN GPS 55 ausführlich erklären. Dabei gehe ich so vor, als wären Sie bereits im Besitz dieses Gerätes.
 
Die Personalisierung
Nachdem Sie das Gerät eingeschaltet haben und das ACQ-Symbol sichtbar ist, können Sie mit der <MSG/SET> - Taste können Sie drei verschiedene Seiten nacheinander auf das Display bringen. Um die Grundeinstellungen zu prüfen und ggf. Ihren Erfordernissen anzupassen, rufen Sie zunächst das SET- MENU auf. Drücken Sie dazu solange die<MSG/SET> - Taste, bis dieses Menü auf dem Display erscheint. Mit der Taste <MOREkönnen Sie nun eine von folgenden Funktionen auswählen: OP_MODE?ALARMS?BACKLGHT?AUDIO?UNITS?CDI?MAG_VAR?FILTERS?
OUTPUT? und MAP_DATM?






Wenn Sie die Einstellungen ändern und das Fragezeichen hinter der Funktion verschwindet, wird diese sofort wirksam. Ansonsten müssen Sie explizit die <ENT> - Taste zur Bestätigung drücken. Für alle Einstellungen und deren Aktivierungen oder Auswahlmöglichkeiten gilt immer dasselbe Prinzip: Mit der <SET> Taste wird innerhalb der gewünschten Funktion (Wegpunkt, Navigation, Personalisierung usw.) zur nächsten funktionsbezogenen Anzeigeseite gewechselt, mit der <MORE> - Taste zwischen den dafür vorgesehenen Möglichkeiten gewählt und mit der <ENT> - Taste genau eine dieser Möglichkeit ausgewählt. Auf der nächsten Seite habe ich versucht, dies graphisch am Beispiel der Seiten, die mit der <SET> Taste erreichbar sind, darzustellen.




Einstellen der Betriebsart:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display OP_MODE?  angezeigt wird, so wird die aktuelle Betriebsart (eine von drei möglichen) angezeigt, und zwar entweder NORMAL? (normaler Betriebszustand), BAT_SAVR? (batteriesparender Betriebszustand) oder SIMULATR? (Simulationsbetrieb). Mit dem Cursor unter der Betriebsart können Sie durch drücken der <MORE> - Taste eine der anderen beiden Betriebsarten anwählen und mit <ENT> aktivieren. Wie der Simulationsmodus benützt wird, zeige ich Ihnen später noch am Beispiel der Planung eines Fluges mit dem Motorsegler über den Kraichgau. Bei hohen Geschwindigkeiten sollten Sie den Normalmodus wählen, besonders wenn das Gerät extern mit Strom versorgt wird und dadurch eine dauerhafte Stromversorgung gewährleistet ist. Zum Wandern oder auf dem Schiff kann der batteriesparende Modus sinnvoller sein.
 
Am Beispiel des SET-Menüs sehen Sie den Zugang zu den einzelnen Funktionen für dieses Menü. Dieses Prinzip des "Durchhangelns" mit Pfeil- und More-Tasten und das Bestätigen mit der Enter-Taste wird immer mehr bei allen technischen Geräten benützt (Videorecorder, Drucker, digitale Meßgeräte usw.), die mehr Funktionen bieten, als die Bedienungsfläche zur Unterbringung genügender Tasten bietet. Hat man dies einmal geübt und verstanden, sind außerdem Fehlbedienungen durch das Drücken einer falschen Taste seltener, da sich der nächste Schritt jeweils aus dem vorherigen ergibt und damit die Möglichkeiten auf das Erlaubte reduziert.
 
 
Wahl der Alarme:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display ALARMS? angezeigt wird, so haben Sie die Möglichkeit, drei Alarmarten zu programmieren, ANCHR_ALR (Anker-Alarm), ARIVL_ALR (Ankunfts-Alarm) und CDI_ALARM (Kursabweichungs-Alarm). Zu jedem dieser Alarmarten gehört ein Entfernungswert. Ist die Entfernung 0.00, ist der entsprechende Alarm ausgeschaltet. Ein Wert größer Null bedeutet einen Radius in der angezeigten Maßeinheit um die für den Alarm relevante Position. Der Anker-Alarm ist für den Einsatz auf See sinnvoll. Ist er aktiv und driftet das Schiff mehr als um die eingegebene Entfernung ab, wird ein Alarmton zusammen mit einer entsprechenden Meldung auf der Nachrichtenseite erzeugt. Beim Ankunftsalarm wird ein Signal erzeugt, wenn der anzusteuernde Wegpunkt erreicht wird und beim CDI-Alarm wird signalisiert, wenn der Sollkurs um mehr als die angegebene Abweichung verlassen wird. Damit bei größeren Umgebungsgeräuschen oder wenn man sich vom GPS-Navigator entfernt aufhält, dieser Alarm auch wahrgenommen werden kann, bietet das Gerät die Möglichkeit, eine externe Hupe, eine Sirene oder sonst ein Anzeigegerät anzusteuern. Ansonsten wird nur der interne Piezoschallgeber dafür verwendet.
 
Hintergrundbeleuchtung:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display BACKLGHT? angezeigt wird, so wird diese nach der daraufhin angezeigten Zeit (in Sekunden) automatisch ausgeschaltet. Dies erhöht die Lebensdauer der Batterien bei Batteriebetrieb. Jeder Tastendruck schaltet die Beleuchtung für diese Zeit wieder ein. Setzen Sie die Zeit auf Null, bleibt die Hintergrundbeleuchtung ständig eingeschaltet.
 
Akustische Signale:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display AUDIO? angezeigt wird, so können Sie wählen, ob ein akustisches Signal nur bei einer Nachricht, bei einer Nachricht und einem Tastendruck oder bei keinem dieser beiden Vorgänge erfolgen soll.
 
Maßeinheiten:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display UNITS? angezeigt wird, so können Sie zwischen den nautischen Maßeinheiten (nm, kt, ft), Landmeilen (mi, mh, ft) oder den metrischen (km, kh, mt) wählen.
 
Kursabweichungsskalierung:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display CDI? angezeigt wird. Dies ermöglicht Ihnen die Einstellung der CDI-Skala nach Ihren Bedürfnissen. Wenn Sie hier z.B. einen Wert von 1 km wählen, zeigen die beiden Skalenenden eine Abweichung von jeweils 1 km links oder rechts von Ihrem Sollkurs an.
 
Magnetische Abweichung:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display MAG_VAR? angezeigt wird, so wird eine von drei gewählten Funktionen für die Mißweisung angezeigt. Für die Korrektur aller Kurse und Richtungsinformationen können Sie zwischen TRUE_HDG, AUTO_MAG und USER_MAG wählen. Bei der Wahl von TRUE_HDG (echter Kurs) beziehen sich alle Kursinformationen auf den geographischen Nordpol. Bei AUTO_MAG erfolgen die Korrekturen nach den vom GPS errechneten Wert und bei USER_MAG wird die von Ihnen evtl. nach den Kartenangaben eingegebene Variation zur Korrektur benützt.
 
Glättungsfilter:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display FILTERS? angezeigt wird, so wird eine neue, beim GPS 50 noch nicht vorhandene, Funktion aufgerufen. Für jeweils die Position (POSN-Anzeige) und Geschwindigkeit (VEL-Anzeige) können Sie vier Filterfunktionen einstellen: FAST (3 Sekunden Antwortzeit), MED (20 Sekunden Antwortzeit), SLOW (120 Sekunden Antwortzeit) oder AUTO (Automatik). Für optimale Filterung ist der Automatikmodus am sinnvollsten. Das Gerät kann hier wohl am besten entscheiden, welche Filterzeiten am sinnvollsten sind. Höchstens bei rauher See, verbunden mit schnellen abrupten Kursänderungen ist die Einstellung einer langen Filterzeit zur Mittelwertbildung der Daten angebracht.
 
Datenausgang:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display OUTPUT? angezeigt wird, so können Sie einstellen, in welchem Format des Gerät seine Daten an externe Geräte senden soll. Möglich sind Formate mit der Bezeichnung NMEA 0180, NMEA 0182 und NMEA 0183 sowie, wenn Sie die Ausgangsdaten nicht  benötigen, kein Signal (NO_OUTPUT), um bei Batteriebetrieb deren Lebensdauer zu erhöhen. Für meine Testprogramme habe ich das Format NMEA 0183 gewählt. Im Anhang NMEA Spezifikationen habe ich den Dateninhalt dieser Formate, soweit sie mir selbst bekannt sind, zusammengestellt.
 
Kartendatum:
Drücken Sie die <ENT> - Taste, wenn auf dem Display MAP_DATM? angezeigt wird. Da NAVSTAR mit dem Standard-Koordinatensystem WGS-84 arbeitet, berechnet das GPS 55 alle Daten für dieses System. Sollte ein am Datenausgang ein Navigationsgerät angesteuert werden (Autopilot, Display o.ä.), das für ein anderes Kartendatum konzipiert wurde, müssen Sie ein anderes aus den über 100 gespeicherten auswählen oder die Abweichungen, die bis zu einigen hundert Metern betragen können, als Korrekturwerte eingeben, nachdem Sie solange die <MORE> - Taste oder die Pfeiltasten gedrückt haben, bis USER? erscheint. Danach geben Sie die Korrekturwerte ein.
 
Nach Abschluß der Personalisierung suchen Sie sich einen Platz unter freiem Himmel und beobachten Sie, wie auf der Satelliten-Statusseite das automatische Einloggen erfolgt.

 
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