BlinfoTec |
Lang voor er iets werd opgeschreven navigeerde de mens al met behulp van de zon en de sterren. De Vikingen (800-1100 na Christus) gebruikten 'dead reckoning', 'gegist bestek' om een idee te hebben van de plaats waar men zich bevond. De hoogte van de poolster was een belangrijk hulpmiddel bij navigatie. Instrumenten waren niet nodig: 2 graden zijn een vingerdikte boven de horizon, een pols is goed voor 8 graden en een hand vertegenwoordigt 18 graden.
Het principe van latitude en longitude gaat terug tot Ptolemeus. Alle 27 pagina's van zijn Wereld Atlas uit het jaar 150 na Christus tonen horizontale en verticale lijnen, er is een evenaar en de 0 meridiaan loopt door de Canarische eilanden.
Belangrijke ontwikkelingen na de Vikingen zijn:
De oude Grieken en Chinezen herkenden reeds de aantrekkende kracht van 'loodsteen' (een magnetisch ijzeroxide). Magnetische ijzeroxides en sommige magnetische ijzersulfides komen voor in kleine hoeveelheden in intrusie- en extrusiegesteentes, sedimenten, bodems, stof en zelfs in levende wezens. Een magnetisch deeltje kan een zogenaamde natuurlijke remanente magnetisatie (NRM) dragen en daardoor het aardmagneetveld vastleggen. In de 11e eeuw na Christus gebruikten de Chinezen naalden van deze loodsteen als kompas. Een eeuw later werd dit door de Europeanen gevolgd. Het duurde echter tot ongeveer 1600 voordat William Gilbert besefte dat de aarde zelf zich gedraagt als een enorme staafmagneet met een noord- en een zuidpool. Daarom richten kompassen zich naar het noorden. Door dit besef was Gilbert de eerste die een natuurkundige eigenschap toedichtte aan de aarde als geheel.
Het magnetisch kompas wordt tot op de dag van vandaag gebruikt als navigatie middel. Het wijst echter naar het magnetische noorden, dat een beetje 'zwalkt'. Het gyro kompas, waarin een schijf draait die zich naar de noord-zuid as van de aarde richt geeft wel het exacte noorden aan, maar is vele malen complexer en duurder dan het magnetische kompas.
Het grootste probleem bij vroege navigatie was het vaststellen van de longitude, de oost-west positie. Hier brachten de zon en de sterren geen uitkomst. Als het niet mogelijk was om langs kustlijnen te varen waren zeelui aangewezen op het opzoeken van de juiste latitude en vervolgens gedwongen op deze lijn te blijven varen tot de haven in zicht kwam.
Dit werkte redelijk bij kustlijnen in noord-zuidelijke richting, maar was lastig als de kustlijn min of meer oost-west lag. Kleine eilanden werden makkelijk gemist en op dezelfde latitude blijven varen hield geen rekening met ondiepten en stromingen. Tot overmaat van ramp kregen piraten al snel door, dat ze slechts hoefden te wachten op de lijnen waarop veel bezochte havens lagen.
De speurtocht naar de bepaling van de longitude leerde al spoedig, dat tijd een belangrijke factor moest zijn. Een bepaalde snelheid per tijdseenheid leverde immers de positie op, mits je precies wist hoe laat het was op een vastgestelde plaats (zoals Greenwich). De 'eigen' tijd kon min of meer worden vastgesteld door de positie van de zon, en snelheid kon je min of meer meten door een boei overboord te gooien met daaraan een touw met op regelmatige afstanden knopen. Dat touw liet je door je handen glijden terwijl je de knopen telde. Maar 'min of meer' was niet goed genoeg. Een kwartiertje tijd verschil levert al snel honderd kilometer afstand verschil op. Ook de zandloper was geen ideale oplossing. Als de verantwoordelijke matroos vergat hem tijdig om te keren was het afgelopen met de tijdmeting.
Methoden om tot een meer nauwkeurige tijd meting te geraken waren onder andere:
John Harrison's produceerde een serie chronometers met steeds grotere nauwkeurigheid en presenteerde in 1760 de zakformaat 'H-4'. Op de eerste proefvaart met de H-4, van Engeland naar Jamaica, verloor de klok slechts 5 seconden, een afwijking van 2 kilometer over 81 dagen.
Tegen het eind van de 18e eeuw waren chronometers volop in gebruik bij de meeste zeevarende naties, al moesten kapiteins ze vaak zelf aanschaffen.
Het eerste gebruik van radio bakens bestond uit het 'peilen' van een zender met behulp van een draaibare antenne. Als de positie van de zender bekend was, dan kon in combinatie met de latitude de hoek bepaald worden waarmee de positie kon worden berekend. Veel grotere nauwkeurigheid werd bereikt met de ontwikkeling van een serie systemen bekend onder de namen OMEGA, DECCA, GEE en LORAN (long range navigation). Deze waren in gebruik tijdens de tweede wereldoorlog. Door het tijdsverschil te meten tussen signalen, uitgezonden door een 'master' zender en het gerelayeerde signaal van de 'slave' zender kon een schip zijn positie bepalen op een kromme lijn (hyperbool). Door een tweede meting te verrichten met een ander station ontstond een tweede hyperbool waarop men zich bevond. De kruising van deze twee lijnen gaven de positie met een nauwkeurigheid van 1 kilometer. Het bereik van de zenders was duizend kilometer overdag, en twee keer zoveel 'snachts.
De methode om een positie te bepalen met behulp van twee hyperbolen heet Bi-Lateratie.
Satelliet navigatie maakt gebruik van (drie dimensionale) Trilateratie en is de manier waarop we in de 21e eeuw onze positie bepalen. Dat tijd nog steeds een grote rol speelt en met de grootste nauwkeurigheid moet worden gemeten laat zich illustreren met het volgende voorbeeld. De cesium of rubidium klokken in the GPS satellieten opereren op een frequentie van 10.22999999545 MHz in plaats van de nominale 10.23 MHz, om te compenseren voor zowel het speciale relativiteits effect van een bewegend object als het algemene relativiteits effect van het moeten werken op een hoger gravitatie potentieel. De 'master' klok in het GPS control center bij Colorado Springs loopt 16 nanoseconden per dag voor, om te compenseren voor zijn ligging, 1830 meter boven de zeespiegel.
De ham vraag is dus: Loopt jouw horloge wel gelijk?
Loadstone-GPS wordt ontwikkeld door Shawn Kirkpatrick in samenwerking met Monty Lilburn, Shane Wegner en Rob Melchers.
Het programma is gratis. De ontwikkeling heeft echter honderden uren aan programmeren en testen gekost. Om hiermee door te kunnen gaan en het programma zowel als de documentatie en ondersteuning verder te ontwikkelen en verbeteren is jouw steun van harte welkom.
Overweeg eens of je dit project zou willen ondersteunen. Iedere gift, klein of groot, wordt in dank aanvaard en helpt bij het voortzetten van de inspanningen van het Loadstone-GPS team in de toekomst.
Klik op doneren om een bijdrage aan dit project te leveren.
Maak je liever geen gebruik van PayPall, neem dan contact op met het Loadstone-GPS team via de contact pagina van deze website.