Eingebautes GPS, externes GPS/Kompass oder GNSS-Kompass – was ist das Richtige für Ihr Boot?

Moderne Kartenplotter verfügen oft über einen integrierten GPS-Empfänger, der jedoch bei niedriger Geschwindigkeit oder Stillstand des Bootes nicht immer die Fahrtrichtung anzeigt. Für viele Boote ist der integrierte GPS-Empfänger völlig ausreichend, während Systeme mit Radar, AIS und anderen erweiterten Funktionen von einem separaten Kurssensor profitieren können.

In diesem Artikel vergleichen wir drei verschiedene Lösungen:

• Eingebauter GNSS-Empfänger beispielsweise in Raymarine Axiom
• Externer GNSS- und Kurssensor wie z. B. Raymarine AR200
• Professioneller GNSS-Kompass wie Hemisphere Vector V200

Wir betrachten die Unterschiede in Position, Kompassrichtung, Genauigkeit, Anlaufzeit und Installation und erklären, was die Spezifikationen in der Praxis bedeuten.

GPS und GNSS – worin besteht der Unterschied?

GPS ist das amerikanische satellitengestützte Positionierungssystem. GNSS ist ein Oberbegriff für Satellitensysteme wie GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou.

Ein moderner GNSS-Empfänger für die Schifffahrt kann Signale von mehreren Satellitensystemen empfangen. Dadurch hat der Empfänger Zugriff auf mehr Satelliten, die tatsächliche Leistung wird jedoch weiterhin durch die Antennenplatzierung, die Sicht zum Himmel, Störungen und die Spezifikationen des Empfängers beeinflusst.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird GPS immer noch häufig als Sammelbegriff verwendet, selbst wenn es sich bei dem Produkt eigentlich um einen GNSS-Empfänger handelt.

Stufe 1: Eingebautes GPS im Kartenplotter

Moderne Kartenplotter wie der Raymarine Axiom verfügen über einen integrierten GNSS-Empfänger. Das bedeutet, dass Sie die Position Ihres Bootes auf der Karte ablesen können, ohne eine separate GPS-Antenne installieren zu müssen.

Für viele Freizeitboote ist dies eine einfache und kostengünstige Lösung.

Vorteile des integrierten GPS

• Es wird keine separate GPS-Antenne benötigt.
• Weniger Bauteile und Kabel
• Einfache Installation
• Niedrigere Gesamtkosten
• Ausreichende Genauigkeit für normale Freizeitnavigation

Die verifizierten Spezifikationen einer früheren Raymarine Axiom-Generation geben die Unterstützung von GPS, GLONASS und BeiDou, die Verfolgung von bis zu 28 Satelliten und Positionsaktualisierungen mit 10 Hz an. Die angegebene Positionsgenauigkeit beträgt maximal 15 Meter ohne SBAS und maximal 5 Meter mit SBAS, jeweils in 95 Prozent der Fälle. Die genauen Spezifikationen variieren je nach Modell und Generation.

Eine freie Sicht zum Himmel ist entscheidend.

Ein eingebauter GPS-Empfänger funktioniert nur so gut wie der Installationsort. Da sich die Antenne im Kartenplotter befindet, wird der Empfang direkt davon beeinflusst, wo der Bildschirm montiert ist.

Die Empfangsbedingungen können sich verschlechtern, wenn sich der Plotter an folgendem Ort befindet:

• Im Inneren eines Steuerhauses
• Unter einem Hardtop
• Unter einer Flybridge
• Hinter metallisiertem oder stark getöntem Glas
• In der Nähe größerer Metallstrukturen
• An einem Ort, an dem große Teile des Himmels verdeckt sind

In einem offenen Cockpit mit guter Sicht zum Himmel funktioniert die eingebaute Antenne in der Regel deutlich besser als in einer geschlossenen Kabine.

Es kommt also nicht nur auf den verwendeten Empfänger an. Auch der Standort der Antenne und eine freie Sicht auf die Satelliten sind sehr wichtig.

Wie lange dauert es, bis man nach dem Start die richtige Position erreicht hat?

Nur weil der Kartenplotter gestartet wurde, bedeutet das nicht automatisch, dass der GNSS-Empfänger bereits eine stabile Position erreicht hat.

Die angegebene Kaltstartzeit für den geprüften Raymarine Axiom-Receiver beträgt weniger als zwei Minuten. Ein Kaltstart bedeutet, dass der Receiver nach Satelliten suchen muss, ohne auf zuvor gespeicherte Daten zurückgreifen zu können.

Wie schnell die Position in der Praxis angezeigt wird, hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Der Blick zum Himmel
• Antennenplatzierung
• Wenn Satelliteninformationen gespeichert werden
• Wie lange ist das System schon ausgefallen?
• Wenn das Boot seit der letzten Verwendung des Empfängers bewegt wurde

Nach einer kurzen Abschaltung kann die Position daher schnell erreicht werden, während ein Kaltstart oder eine unübersichtliche Installation eine längere Wartezeit bedeuten können.

Ein separater, extern montierter Sensor kann bessere Empfangsbedingungen aufweisen, wenn er beispielsweise auf einem Hardtop oder Radarbogen mit freier Sicht zum Himmel angebracht ist. Dies bedeutet jedoch nicht, dass ein externer Sensor stets eine schnellere Positionserfassung gewährleistet. Das Ergebnis hängt von der gesamten Installation ab.

Das GPS zeigt nicht automatisch die Fahrtrichtung des Bootes an.

Es ist wichtig, zwischen Kurs über Grund (COG) und Kompasskurs (Hinrichtung) zu unterscheiden.

Der GPS-Empfänger kann den Schwerpunkt (COG) berechnen, indem er die Positionsänderungen des Bootes vergleicht. Der Schwerpunkt zeigt somit an, in welche Richtung sich das Boot tatsächlich über die Erdoberfläche bewegt.

Der Kurs gibt hingegen an, in welche Richtung der Bug zeigt.

Diese Werte können aus folgenden Gründen abweichen:

• Seitenwind
• Aktuell
• Drift
• Umkehren
• Manövrieren
• Sehr niedrige Geschwindigkeit

Wenn das Boot stillsteht, gibt es keine Bewegung, anhand derer der GPS-Empfänger einen stabilen Kurs berechnen könnte. Daher ist das im Kartenplotter integrierte GPS kein Ersatz für einen präzisen Kurssensor.

Dies lässt sich erkennen an:

• Das Bootssymbol dreht sich oder bewegt sich unregelmäßig
• Die Kopf-auf-Kopf-Position wird weniger stabil
• Die Radar-Einblendung wird nicht korrekt ausgerichtet, wenn die Kursangabe fehlt.
• Die Darstellung der umliegenden Ziele wird weniger intuitiv.

Stufe 2: Externes GPS/Kompass – Raymarine AR200

Der Raymarine AR200 kombiniert einen GNSS-Empfänger mit einem AHRS (Attitude and Heading Reference System). Der Sensor liefert Positions-, Magnetkompass-, Nick- und Rollwinkeldaten an kompatible Raymarine Axiom-Systeme.

Dies bedeutet, dass der AR200 Informationen liefert, die ein herkömmlicher GPS-Empfänger nicht liefern kann, wenn sich das Boot im Stillstand befindet.

Die Außenplatzierung bietet bessere Installationsmöglichkeiten

Der AR200 verfügt über eine interne GNSS-Antenne, der gesamte Sensor ist jedoch extern montiert, sodass Sie einen Standort mit besserer Sicht auf den Himmel wählen können als den, den der Kartenplotter bietet.

Gängige Montageorte sind beispielsweise:

• Hardtop
• Radarbogen
• Targa-Bogen
• Andere Freiflächen mit guter Satellitensichtbarkeit

Der Standort muss auch unter Berücksichtigung des Magnetkompasses im Gerät gewählt werden. Der Sensor sollte nicht in der Nähe von Geräten oder Leitungen montiert werden, die magnetische Störungen verursachen, und anschließend kalibriert werden.

Stabiler Kurs bei stehendem Boot

Der wichtigste Unterschied zwischen dem AR200 und einem herkömmlichen GPS-Gerät ist der Zugriff auf die Kursanzeige.

Das AR200 nutzt eine AHRS-Lösung mit Beschleunigungsmesser, digitalem Magnetkompass und MEMS-Gyroskop. Das Gerät liefert Kurs, Nickwinkel, Rollwinkel und Drehrate mit einer Aktualisierungsrate von 10 Hz. Raymarine gibt eine statische Genauigkeit des Magnetkompasses von 1° RMS und eine dynamische Genauigkeit von 3° RMS an.

Dadurch erhält das System Zugriff auf die Fahrtrichtung des Bootes, selbst wenn das Boot stillsteht oder sich langsam bewegt.

Überschrifteninformationen sind wertvoll für:

• Stabile Kartenausrichtung
• Radar-Overlay
• ClearCruise Augmented Reality
• Videostabilisierung
• Darstellung von AIS- und Kartenobjekten
• Funktionen, die Informationen über Nick- und Rollwinkel benötigen

Das AR200 wurde speziell als Sensor- und Videostabilisierungsmodul für ClearCruise AR auf kompatiblen Axiom-Kartenplottern entwickelt. Zusammen mit einer kompatiblen Kamera kann das System Navigationsobjekte, AIS-Ziele und Seezeichen in das Kamerabild einblenden.

Technische Daten zum Raymarine AR200

Das Raymarine AR200 empfängt Signale von bis zu 28 Satelliten und aktualisiert die GNSS-Position mit 10 Hz. Die angegebene Positionsgenauigkeit mit SBAS beträgt in 95 % der Fälle weniger als 5 Meter. Der Kaltstart dauert weniger als zwei Minuten, typischerweise weniger als 60 Sekunden, der Warmstart weniger als 45 Sekunden.

Dies bedeutet, dass der AR200 nicht in erster Linie als dramatische Verbesserung der Genauigkeit der angegebenen GPS-Position im Vergleich zum internen Empfänger von Axiom angesehen werden sollte.

Das große Upgrade ist stattdessen:

• Ein extern angebrachter GNSS-Empfänger
• Magnetischer Kurs bei stehendem Boot
• Nick- und Rollbewegungen
• Informationen zu stabilisierten Preisen
• ClearCruise AR-Unterstützung

Das AR200 muss korrekt installiert und kalibriert sein, um zuverlässige Kursdaten zu liefern. Die ausgewählten Datenquellen und die Kompatibilität des Systems sollten ebenfalls überprüft werden, bevor Kursinformationen von anderen vernetzten Funktionen verwendet werden.

Stufe 3: Professioneller GNSS-Kompass – Hemisphere Vector V200

Der Hemisphere Vector V200 ist ein professioneller GNSS-Kompass mit zwei GNSS-Antennen im selben Gehäuse. Die Antennen sind 20 Zentimeter voneinander entfernt und werden durch Gyro- und Neigungssensoren ergänzt.

Im Gegensatz zum AR200 benötigt der V200 kein Magnetometer zur Kursbestimmung. Stattdessen wird die Richtung anhand der von den beiden Antennen empfangenen Satellitensignale berechnet.

Kursbestimmung ohne Magnetkompass

Da die Kursbestimmung mithilfe einer dualen GNSS-Antenne erfolgt, ist die Kursberechnung nicht vom Erdmagnetfeld abhängig.

Dies bedeutet, dass die Kursfunktion nicht durch magnetische Abweichungen, beispielsweise von Folgendem, beeinflusst wird:

• Lautsprecher
• Elektromotoren
• Generatoren
• Hochleistungs-Stromkabel
• Stahlkomponenten
• Magnetische Objekte

Das Gerät muss im Gegensatz zu einem herkömmlichen Magnetkompass nicht kalibriert werden. Die Installation muss jedoch weiterhin korrekt erfolgen. Die Ausrichtung des Sensors, freie Sicht zum Himmel und der Abstand zu störenden Funksendern oder Hindernissen sind nach wie vor wichtig.

Positions-, Kurs- und Bewegungsdaten

V200 kann starten:

• GNSS-Position
• Überschrift
• Tonhöhe
• Rolle
• Heben
• Umdrehungsrate

Das Datenblatt des Herstellers gibt 424 Kanäle, 10 Hz als Standard und 20 Hz als Option an. Die Kaltstartzeit beträgt laut Herstellerangaben 60 Sekunden, die Warmstartzeit typischerweise 30 Sekunden, die Heißstartzeit typischerweise 10 Sekunden und die Kurskorrekturzeit typischerweise 10 Sekunden.

Die Positionsgenauigkeit wird wie folgt angegeben:

• 1,2 Meter RMS bei autonomer Positionierung
• 0,3 Meter RMS mit SBAS

Die Kursgenauigkeit beträgt standardmäßig 1,5° RMS und optional 0,75° RMS. Nick- und Rollgenauigkeit sind mit 1,5° RMS angegeben.

Es ist wichtig, zwischen der Standard- und der optionalen Version zu unterscheiden. Die Genauigkeit von 0,75° sollte nicht als allgemeine Leistungsangabe für alle V200-Konfigurationen verwendet werden.

Wann ist der V200 die richtige Wahl?

Der V200 ist besonders interessant, wenn die Installation höhere Anforderungen an Position und Richtung stellt oder wenn magnetische Störungen die Platzierung eines herkömmlichen elektronischen Kompasses erschweren.

Anwendungsbeispiele sind:

• Professionelle Navigationsinstallationen
• Arbeitsboote
• Boote vermessen
• Anlagen, die eine GNSS-basierte Kursbestimmung erfordern
• Moderne Radar- und AIS-Systeme
• Systeme, die NMEA 2000 oder NMEA 0183 verwenden

Das V200 unterstützt je nach Produktversion und gewählter Verbindung entweder NMEA 2000 oder NMEA 0183. Daher muss die passende Variante anhand des vorhandenen Netzwerks an Bord ausgewählt werden.

Technischer Vergleich

Die Spezifikationen von Axiom GNSS variieren je nach Modell und Generation. Die Tabelle basiert daher auf der Raymarine-Generation, deren Dokumentation hier verifiziert wurde. Beachten Sie stets die Angaben im Handbuch Ihres spezifischen Axiom-Modells.

Die Werte für Axiom und AR200 werden von Raymarine als 95%-Konfidenzintervalle angegeben, während die V200-Werte als RMS angegeben werden, sodass sie nicht so verglichen werden können, als wären sie mit genau derselben statistischen Methode berechnet worden.

Was bedeuten die Unterschiede in der Praxis?

Eingebautes GPS im Axiom

Der eingebaute Empfänger ist eine gute Wahl, wenn:

• Der Plotter hat eine gute Sicht auf den Himmel
• Sie benötigen vor allem eine stabile Position im Chart.
• Sie möchten die Installation einfach halten.
• Man braucht keinen Kurs, wenn das Boot stillliegt.
• Sie verfügen über keine Funktionen, die einen separaten Kurssensor erfordern.

Für normale Freizeitnavigation kann der eingebaute Empfänger ausreichend sein.

Raymarine AR200

Die AR200 ist ein natürlicher nächster Schritt, wenn:

• Der Plotter ist an einem versteckten Ort montiert.
• Sie möchten den GNSS-Empfänger so positionieren können, dass er eine bessere Sicht auf den Himmel hat.
• Man benötigt einen Kurs, wenn das Boot stillsteht.
• Sie verwenden ClearCruise AR
• Du brauchst Nick- und Rollwinkel.
• Sie möchten Funktionen verbessern, die von stabilen Kursdaten abhängen.

Der wichtigste Vorteil ist nicht unbedingt eine höhere Positionsgenauigkeit. Entscheidend ist die Kombination aus externer Positionsbestimmung und korrekten Kursdaten.

Hemisphärenvektor V200

Der V200 eignet sich am besten, wenn:

• Professionelle GNSS-Kursung erforderlich
• Magnetische Störungen sind schwer zu vermeiden.
• Höhere Positionsgenauigkeit erforderlich
• Die Kursberechnung sollte ohne Magnetometer erfolgen.
• Für die Installation wird NMEA 2000 oder NMEA 0183 benötigt.
• Standardisierte und dokumentierte Sensorleistung hat Priorität.

Hier vollzieht man den Schritt von einem magnetischen AHRS zu einem GNSS-Kompass mit zwei Antennen.

Welche Lösung sollten Sie wählen?

Wählen Sie das integrierte GPS, wenn:

• Sie haben eine einfache Navigationskonfiguration.
• Der Plotter hat eine gute Sicht auf den Himmel
• Sie benötigen hauptsächlich die Position und den Schwerpunkt.
• Sie möchten zusätzliche Komponenten vermeiden.

Wählen Sie Raymarine AR200, wenn:

• Sie besitzen ein kompatibles Axiom-System.
• Sie benötigen eine Kursrichtung im Stand.
• Sie möchten ClearCruise AR verwenden
• Sie benötigen Informationen zu Pitch und Rolle.
• Der Standort des Plotters bietet weniger geeignete Empfangsbedingungen.

Wählen Sie Hemisphere Vector V200, wenn:

• Sie benötigen eine GNSS-basierte Kursbestimmung.
• Sie möchten Probleme mit dem Magnetkompass vermeiden.
• Sie benötigen eine dokumentierte, professionelle Sensorleistung.
• Sie benötigen eine höhere Positionsgenauigkeit.
• Die Installation verwendet NMEA 2000 oder NMEA 0183.

Abschluss

Der in einem Kartenplotter wie dem Raymarine Axiom integrierte GPS-Empfänger ist für die normale Navigation mehr als ausreichend, insbesondere wenn der Kartenplotter mit guter Sicht zum Himmel montiert ist. Er liefert jedoch keine exakte Kompassrichtung, wenn das Boot stillsteht. Er zeigt primär die Position an und kann den Kurs über Grund (COG) berechnen, wenn sich das Boot bewegt.

Der Raymarine AR200 vervollständigt das System um Kurs-, Nick- und Rollwinkelanzeige. Dank der externen Montage lässt sich zudem ein Standort mit besserer Satellitensicht als der des Plotters wählen. Für ein kompatibles Axiom-System mit ClearCruise AR oder anderen Funktionen, die eine stabile Kursanzeige erfordern, stellt er eine deutliche Verbesserung dar.

Der Hemisphere Vector V200 geht noch einen Schritt weiter, indem er die Kursberechnung mithilfe von zwei GNSS-Antennen anstelle eines Magnetometers durchführt. Dies reduziert die Probleme der magnetischen Abweichung und bietet eine höhere dokumentierte Positionsgenauigkeit sowie Kurs-, Nick-, Roll- und Stampfbewegungen für anspruchsvollere Installationen.

Die wichtigste Frage ist daher nicht nur, wie genau die GPS-Position sein muss. Man muss auch klären, ob das System wissen muss, wo sich das Boot befindet , in welche Richtung es fährt oder in welche Richtung der Bug tatsächlich zeigt .

Kurzzusammenfassung

Eingebautes GPS: Position und Schwerpunkt für die normale Navigation.

Raymarine AR200: Position plus magnetischer Kurs, Nick- und Rollwinkel.

Hemisphere Vector V200: Positions- und GNSS-basierte Kursbestimmung mit zwei Antennen für anspruchsvollere und professionelle Installationen.