loran-c

SISTEME HIPERBOLICE DE SISTEME HIPERBOLICE DE NAVIGANAVIGAŢŢIEIE

NAVIGAŢIE ORTODROMICĂ ŞI NAVIGAŢIE RADIOELECTRONICĂ

Cpt. Cdor. Dr. ing. Nicolae VATU

Sisteme hiperbolice de navigaţie . Destinaţie. Definiţie. Compunere.

• Sistemele hiperbolice de navigaţie (SHN) sunt sisteme radioelectronice de navigaţie destinate pentru determinarea poziţiei în orice condiţii hidrometeorologice, în mod continuu, pentru mijloace maritime, aeriene şi terestre.

• Sistemele hiperbolice au o caracteristică comună, tipul de linie de poziţie - hiperbola, generată de funcţionarea în comun a unor perechi de staţii, grupate în lanţuri.

• Compunere: Fiecare lanţ hiperbolic se compune dintr-o staţie principală (Master) şi mai multe staţii secundare (Slave). Perechile sunt formate din staţia principală cu fiecare din staţiile secundare

Linia de poziţie hiperbolicăLinia de poziţie generată de SHN reprezintă locul

geometric al tuturor punctelor de egală diferenţă de distanţă faţă de două puncte fixe -focare, în care sunt instalate staţiile de emisie componente ale unei perechi (Master şi Slave).

M- MasterS – SlaveN – poziţia naveiMS- linie de bază

xM, x’S – extensiile liniei de bazăCC’ – linie centralădMN – distanţa Master – navădSN – distanţa Slave - navă

Determinarea punctului

Punctul navei se determină la intersecţia a două linii de poziţie generate de funcţionarea în comun a staţiei Master cu cel puţin două staţii Slave.

Procedee de determinare a punctului

• Pentru determinarea punctului se utilizează următoarele metode:• - metoda grafică: constă în folosirea unor hărţi speciale care conţin reţele

de linii de poziţie de culori diferite, corespunzătoare fiecărei perechi Master – Slave;

• - metoda grafo-analitică: constă în utilizarea unor table speciale cu ajutorul cărora se pot trasa pe o harta Mercator liniile de poziţie la intersecţia cărora se află punctul navei;

• - metoda analitică; receptoarele moderne conţin un microprocesor care calculează coordonatele geografice ale punctului navei, în funcţie de poziţiile staţiilor lanţului în aria căruia se află nava şi de diferenţele de distanţă între navă şi staţii.

Generarea familiilor de hiperbole

• Diferenţele constante de distanţă se determină prin măsurarea unor parametri ai câmpului electromagnetic generat de staţiile componente ale unui lanţ hiperbolic.

• În funcţie de parametrii măsuraţi, SHN sunt: – 1. Diferenţiale de fază;– 2. Diferenţiale de timp; – 3. Diferenţiale de timp şi fază.

SHN diferenţiale de fază

• Diferenţa de distanţă constantă se determină în mod indirect prin măsurarea diferenţei de fază între faza semnalului emis de Master şi faza semnalului emis de Slave.

• Teoretic cele două staţii emit semnale riguros în fază, la proiectarea sistemului ţinându-se cont ca lungimea liniei de bază să fie multiplu întreg de λ (lungimea de undă corespunzătoare frecvenţei purtătoarei).

• Pe linia de bază, distanţa între două linii de poziţie consecutive, corespunzătoare unei evoluţii a diferenţei de fază de la zero la 0° la 360° este egală cu λ/2;

Măsurarea diferenţei de fază• Se realizează de către unui dispozitiv denumit

fazmetru care este în acelaşi timp din punct de vedere al modului său de afişaj şi contor (numără, în funcţie de deplasarea navei trecerile consecutive prin poziţii corespunzătoare diferenţei de fază zero).

• Dacă nava se deplasează de-a lungul unei linii de poziţie diferenţa de fază se menţine constantă.

SHN diferenţiale de timp• Diferenţa de distanţă constantă se determină în mod indirect

prin măsurarea diferenţei de timp între timpul necesar semnalului emis de Master pentru a parcurge distanţa Master - navă şi timpul necesar semnalului emis de Slave pentru a parcurge distanţa Slave – navă.

• Pentru a se putea măsura această diferenţă de timp staţiile trebuie să emită semnalele sub formă de impulsuri cu o perioadă de repetiţie caracteristică fiecărei perechi de staţii Master – Slave.

SHN diferenţiale de timp şi fază• Pentru creşterea preciziei în determinarea

punctului navei, cu sisteme radioelectronice de navigaţie se utilizează măsurarea simultană a valorii mai multor parametri ai undelor electromagnetice: amplitudine, fază, frecvenţă şi timp.

• În cazul SHN se utilizează combinaţia dintre tip şi fază.

Clasificarea SHN• după distanţa de acţiune (bătaie) în:

– globale, OMEGA, bătaie 5000-6000 mile marine;– oceanice, LORAN C, bătaie 1500-2300 mile marine;– maritime, DECCA, bătaie 200-300 mile marine;– Costiere (HY – FIX, BRAS – GALS, etc).

• după parametrul măsurat:– fazice, OMEGA, DECCA;– în impuls, LORAN A;– în impuls şi fază, LORAN C.

• după lungimea de undă:– unde foarte lungi, OMEGA;– unde lungi, LORAN C; DECCA.Notă: Sistemele OMEGA, LORAN – A şi DECCA au fost scoase din uz sau trecute în

conservare odată cu dezvoltarea sistemelor satelitare de navigaţie.

SISTEMULSISTEMUL HIPERBOLIC DE HIPERBOLIC DE

NAVIGAŢIENAVIGAŢIE LORAN LORAN-C-C“LOng RAnge Navigation”“LOng RAnge Navigation”

SHN LORAN-C. Destinaţie. Compunere

• SHN LORAN (LOng RAnge NavigationLOng RAnge Navigation) a apărut în perioada celui de ) a apărut în perioada celui de al II-lea război mondial, s-a dezvoltat apoi în diverse variante la care al II-lea război mondial, s-a dezvoltat apoi în diverse variante la care a fost permis şi accesul utilizatorilor civili. În prezent, la nivel a fost permis şi accesul utilizatorilor civili. În prezent, la nivel mondial mai este în uz sistemul LORAN – C.mondial mai este în uz sistemul LORAN – C.

• SHN LORAN – C este un sistem diferenţial de timp şi fază, destinat SHN LORAN – C este un sistem diferenţial de timp şi fază, destinat pentru determinarea punctului navei în mod continuu, indiferent pentru determinarea punctului navei în mod continuu, indiferent de condiţiile hidrometeorologice, cu un înalt nivel de precizie.de condiţiile hidrometeorologice, cu un înalt nivel de precizie.

• Staţiile de emisie LORAN - C sunt grupate în lanţuri formate dintr-o Staţiile de emisie LORAN - C sunt grupate în lanţuri formate dintr-o staţie principală şi două la patru staţii secundare. staţie principală şi două la patru staţii secundare.

• Staţia principală - Master formează cu fiecare dintre staţiile Staţia principală - Master formează cu fiecare dintre staţiile secundare - Slave o pereche de staţii.secundare - Slave o pereche de staţii.

• Staţiile LORAN - C emit semnale sub forma unor impulsuri de o Staţiile LORAN - C emit semnale sub forma unor impulsuri de o anumită durată, care se repetă la intervale de timp regulate.anumită durată, care se repetă la intervale de timp regulate.

• Sistemul LORAN - C dispune în anul 2014, conform ALRS vol. 2 (NP 282) de 23 de lanţuri care acoperă Oceanul Atlantic de Nord, Oceanul Pacific de Nord, inclusiv Marea Chinei de Sud şi Marea Arabiei.

• Fiecare lanţ LORAN – C este format dintr-o staţie Master şi până la patru staţii Slave, notate: W, X, Y, Z.

SHN LORAN-C. Destinaţie. Compunere

SHN LORAN-C. Caracteristici.• Sistemul LORAN – C are alocată banda de frecvenţe 90 – 110 KHz.• Toate staţiile LORAN – C au o purtătoare unică pe frecvenţa de 100 KHz;• SHN LORAN – C poate fi utilizat atât pe undă directă cât şi indirectă

( unda reflectată de straturile ionosferice);• Sistemul poate fi utilizat până la 1400 Mm pe undă directă şi 2300 Mm pe

undă indirectă.• Precizia punctului navei este de până la ± 0,25 Mm pe undă directă şi

până la ± 11 Mm pe undă reflectată pe timpul zilei sau nopţii, indiferent de anotimp (cu o probabilitate de 95 %).

• Puterea de emisie a staţiilor LORAN-C este de 4 Mw, utilizând o antenă verticală (cu înălţimi de până la 390 m).

• Lungimea liniilor de bază dintre staţia Master şi Slave este în general de 600 Mm.

Semnalul LORAN-C• Staţiile LORAN – C emit semnale sub formă de serii de impulsuri cu frecvenţă

caracteristică fiecărui lanţ în parte.

• Frecvenţa de repetiţie a impulsurilor (FRI) este formată din:

- frecvenţa de bază de repetiţie a impulsurilor (FBRI);

- frecvenţa specifică de repetiţie a impulsurilor (FSRI);

• Sistemul LORAN –C utilizează frecvenţele fundamentale S ,L, H de repetiţie a impulsurilor preluate de la sistemul LORAN – A şi alte trei proprii SS, SL şi SH:– H (high) – 30 1/3 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 30 1/3 = 30 000 μs;

– L (low) - 25 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 25 = 40 000 μs;

– S (slow)- 20 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 20 = 50 000 μs;

– SH - 16 1/2 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 16 1/2 = 60 000 μs;

– SL - 12 1/2 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 12 1/2 = 80 000 μs;

– SS - 10 impulsuri/sec. – 1 milion μs / 10 = 100 000 μs.

• Notă: Frecvenţa fundamentală H (30 000 μs) nu mai este utilizată în prezent.

Semnalul LORAN-C

Staţiile Slave emit un număr de 8 impulsuri la un interval de 1000 sec, staţia Master emite 9 impulsuri, ultimul fiind situat la 2000 sec.

Indiferent de poziţia în care se află nava în aria acoperită de un lanţ LORAN – C, impulsurile sunt recepţionate întotdeauna în ordinea din figură.

Notarea liniilor de poziţie• Fiecare hiperbolă ce aparţine unei perechi de staţii are

un indice distinctiv, format din indicele perechii de staţii (comun întregii familii), la care se adaugă diferenţa de timp în microsecunde.

Exemplu: Semnificaţia liniei de poziţie SS2 - Y - 54 900 este:- SS2 - Y reprezintă perechea de staţii recepţionate;

- 54 900 este diferenţa de timp în microsecunde.Notă: Pe hărţile americane linia de poziţie din exemplul

de mai sus se notează: 9980 – Y – 54900.

Măsurarea diferenţei de timpMăsurarea diferenţei de timp Δt, se face între semnalele recepţionate de la staţia Master şi staţia Slave, succesiunea semnalelor de la staţiile unui lanţ LORAN – C, este întotdeauna aceeaşi, diferă doar intervalul de timp dintre momentele recepţiei semnalelor , funcţie de poziţia receptorului în raport cu perechile de staţii.

Această diferenţă de timp Δt dintre momentele recepţiei semnalelor m şi w recepţionate de la Master M şi Slave W este reprezentată de intervalul orizontal cuprins între momentele iniţiale S1 şi S2 ale celor două semnale, raportat la baza de timp LP pentru care receptorul este reglat, prin sincronizare cu perioada de revenire a impulsurilor.

Măsurarea diferenţei de timp

Cele două oscilaţii, m1 şi m2 sunt însumate şi se obţine oscilaţia m3 care conţine punctul S, de amplitudine zero, situat la 30 μsec de la iniţierea recepţiei impulsului. Decalajul de 30 μsec este introdus pentru eliminarea influenţei undei reflectate, deoarece la distanţa de staţia de emisie la care se pot recepţiona unde directe şi reflectate, semnalele undei reflectate se recepţionează cu o întârziere de minim 30 μsec .

Precizia măsurării diferenţei de timp depinde de claritatea marginii din stânga a semnalelor. Durata unui impuls LORAN – C este de aproximativ 150 μsec, oscilaţia m1 a unui impuls este amplificată cu factorul 1,35, decalată cu 180°, rezultând astfel oscilaţia m2.

Măsurarea diferenţei de timp

• În afara zonei acoperite de bătaia undei directe, măsurările se fac pe semnalele undei reflectate cărora li se aplică o corecţie de undă reflectată.

• Precizia măsurării diferenţei de timp, între punctele S1 şi S2 este de circa ± 4 μsec - metoda aproximativă (coarse method ). Creşterea preciziei de măsurare, la 0,1 μsec se face prin metoda comparaţiei de fază (cycle – matching – method).

• Frecvenţa oscilaţiei unui impuls este de 100 KHz. Receptorul LORAN – C conţine un oscilator care generează aceeaşi frecvenţă şi în fază cu oscilaţiile impulsurilor recepţionate de la Master. La recepţia impulsului de la Slave, receptorul măsoară diferenţa de fază dintre acesta şi oscilaţiile proprii. Durata unui ciclu este de 1/100 000 secunde = 10 μsec iar diferenţa de fază se poate măsura de 1/100 dintr-un ciclu, adică la 0,1 μsec .

Determinarea punctului Determinarea punctului LORAN - CLORAN - C

Metoda grafică.

• Această metodă se bazează pe utilizarea hărţilor LORAN – C. Harta LORAN este hartă în proiecţie Mercator care conţine şi reţeaua de hiperbole generate de lanţul LORAN-C care acoperă aria reprezentată.

• Fiecare familie de hiperbole este trasată cu o anumită culoare, iar fiecare hiperbolă în parte are un indice distinctiv, corespunzător perechii de staţii care a generat-o şi diferenţei de timp calculate.

Determinarea punctului navei pe hărţi LORAN

• Funcţie de scara hărţii, hiperbolele pot fi trasate pentru diferenţe de timp de 5, 10, 20, 100, 200 sec.

• Punctul navei se determină la intersecţia a două linii de poziţie identificate pe hartă funcţie de diferenţele de timp citite la receptor.

• Pentru valori intermediare ale diferenţei de timp, trasarea pe hartă a liniei de poziţie se face prin interpolarea grafică a între hiperbole consecutive imprimate pe hartă.

Hartă LORAN-C4 familii de hiperbole provenind de la Lanţul

LORAN-C 7980 7980-W-14100

7980-X-303007980-Z-63400

7980-Y-45380

Determinarea punctului navei peHartă LORAN-C

(interpolare grafică completă)

Hiperbolele recepţionate la lanţul LORAN-C 7980:7980-X-305257980-Y-445007980-W-140557980-Z-63290

X-30550

7980-X-30500

Y-44650Y-44300

Z-63275Z-63300

W-14075

W-14050


(interpolare grafică cu numai 2 familii de hiperbole)


X-30550

7980-X-30500

Y-44650Y-44300


(interpolare grafică cu 2 familii de hiperbole)


Y-44650Y-44300

W-14075

W-14050

Metoda grafo-analiticăTablele de punct LORAN

• Tabele LORAN pentru determinarea punctului navei sunt întocmite pentru fiecare pereche de staţii şi conţin coordonatele punctelor de intersecţie ale hiperbolelor de poziţie cu paralele sau meridiane, funcţie de orientarea liniei de poziţie.

• Tabele conţin coordonatele geografice corespunzătoare liniilor de poziţie spaţiate la interval de timp (T) din 10 în 10 sec, considerând că recepţia se efectuează pe unda directă.

• Prin utilizarea procedeului grafic de determinare a punctului navei, arcele hiperbolelor sferice în proiecţie Mercator sunt înlocuite cu segmente de loxodromă corespunzătoare, numite drepte LORAN.

Metoda analitică• Este specifică receptoarelor LORAN-C de producţie

mai recentă.

• Acestea conţin procesoare ce sunt capabile să

calculeze punctul de intersecţie al hiperbolelor de

poziţie, aplicând şi eventualele corecţii, rezultatul

fiind afişarea pe display a coordonatelor geografice

ale punctului navei.

Precizia punctului LORAN• Eroarea medie pătratică în punctul LORAN – C depinde de:

- eroarea medie pătratică în măsurarea diferenţei de timp (determină eroare în linia de poziţie);

- unghiul de intersecţie dintre liniile de poziţie.

• Staţiile LORAN – sunt astfel amplasate încât, în aria acoperită de lanţul respectiv familiile de hiperbole pe care le generează să se intersecteze sub unghiuri mai mari de 300.

• În cazul unui unghi de intersecţie favorabil pentru hiperbolelor de poziţie, precizia punctului este de 0,1 Mm pentru o distanţă de până la 350 Mm faţă de staţia Master şi de 0,3 Mm la o distanţă de 750 Mm.

Facilităţi oferite de receptoarele LORAN- C moderne

Aceste echipamente dispun în prezent şi de facilitatea introducerii de către utilizator a coordonatelor unor puncte intermediare (way point), caracteristice pentru ruta de navigaţie.

Facilităţi oferite de receptoarele LORAN- C moderne

• Funcţie de coordonatele punctului navei, determinate automat de receptor şi coordonatele way point-urilor, procesorul calculează traiectoria programată între cele două puncte.

• Sunt afişate următoarele date utile pentru navigaţie: abaterea laterală faţă de ruta programată

relevmentul la primul way point

drumul şi viteza deasupra fundului

• LORAN C va mai rămâne în exploatare cel puţin până în anul 2020.

loran-c

Documents