Proiect SDTN

Sistemul LORAN

Profesor : Minea Marius Student:Stoian Doru StelianGrupa 8414

Sistemul LORANPrin 1940, armata Statelor Unite a recunoscut necesitatea de a dispune de un sistem de radionavigaie cu raz de aciune foarte mare (peste 1500km), pentru navele maritime i aeriene care operau n Atlantic i mai ales n Pacific.Cu ajutorul lui R. G. Dippy, n 1942 a devenit operaional sistemul LORAN (Long RAnge Navigation system), numit mai trziu LORAN-A pentru a-l deosebi de versiunile ulterioare (LORAN-B, C, D i E).LORAN-A utiliza unde de 1750kHz, 1850kHz, 1900kHz i 1950kHz care n propagare urmau curbura Pmntului, asigurnd sistemului o raz de aciune de circa 1200km pe timp de zi i peste 2500km noaptea, cnd propagarea undelor de JF i MF este mult mai bun (Anexa 3). Frecvenele diferite asigurau identificarea staiilor principale.LORAN-A funciona dup exact aceleai principii ca i sistemul GEE. O staie principal (A) furniza semnale de comand i sincronizare altor dou de regul mai (pn la 6) staii secundare (B, C, ). Staiile principale emiteau impulsuri de RF cu durata de 40s la intervale de 40ms. Staiile secundare emiteau impulsuri ntrziate fa de cele principale cu 29 39ms. Astfel, intervalul dintre un impuls principal i cel secundar corespunztor era mai mare dect dintre impulsul secundar i cel principal urmtor astfel se eliminau confuziile privind sursaimpulsurilor, dei pe ecranul osciloscoapelor acestea puteau s arata identic. Intrzierile impusurilor secundare fa de cele principale difereau de la o staie secundar la alta, asigurnd astfel identificarea staiilor secundare. Aspectul imginii pe ecran era ca n fig. 1.9. Msurnd timpul dintre un impuls secundar i unul principal i scznd ntrzierile dintre emisii, se putea afla diferena timpilor de propagare i apoi hiperbola corespunztoare. La intersecia a dou hiperbole astfel determinate se afla receptorul.

Precizia poziionrii cu LORANA era cam de 1% din distana fa de emitoare (0,2 20km),comparabil cu aceea realizat prin navigare celest. Sisteme LORAN-A au fost instalate cam peste to n lume, pe coastele Atlanticului (mai ales n SUA, Canada i Marea Britanie), ale Pacificului (China, Japonia, Australia), i ale Oceanului Indian (Indonezia,Micronezia). Prin 1970 1975 majoritatea instalaiilor au fost dezafectate, dar n China au mai funcionat pn dup 1995.In timp, s-au introdus i alte sisteme asemntoare cu LORAN-A, dintre care larg utilizat a fost LORAN-C (varianta B a rmas n stadiu experimental iar variantele D i F au avut aplicaii limitate).Sistemul LORAN-C, folosit i n prezent, utilizeaz unde cu frecvena de 100kHz (perioada 10s) i emitori de mare putere, avnd astfel o raz de aciune de peste 3000km1 . Sistemul folosete lanuri de staii, fiecare lan fiind format dintr-o staie principal (master M) i 2, 3 sau 4 staii secundare (slave W, X, Y, Z). Fiecare staie LORAN-C transmite semnale sub forma unor impulsuri standard. Un impuls const dintr-un tren de sinusoide cu frecvena purttoarei (100kHz) i amplitudine cresctoare dup relaia (1.5), cu durata 65s. Descreterea amplitudinii dup ntreruperea curentului introdus n anten depinde de caracteristicile circuitului format de ieire din emitor (filtrul de adaptare i anten). Circuitul de ieire este echivalent cu un filtru trece band acordat pe purttoare i ca urmare, dup ntreruperea alimentrii cu energie, se vor produce oscilaii libere amortizate, pe frecvena de acord a acestui filtru, adic pe 100kHz.Viteza de scdere a amplitudinii depinde de amortizarea circuitului i aceasta depinde de caracteristicile fiecrui emitor; de regul, se asigur o amortizare astfel nct coninutul n armonice al semnalului s fie ct mai mic.Aspectul semnalelor apare n fig. 1.10: impulsurile pozitive (+) fig. 1.10. a i b; impulsurile negative () fig. 1.10.c i d. Semisinusoidele sunt numerotate (1, 2, ) ca n fig. 1.10 iar numrarea lor la recepie se face detectnd trecerile prin 0; n funcie de sensul trecerilor prin zero de la impulsul impar la cel par, se stabilete dac este vorba de impuls pozitiv (+) sau negativ (). Pentru navigare este esenial s se identifice sursele impulsurilor recepionate, adic staiile de emisie a cror poziie este cunoscut. Identificarea se face printr-o codare a emisiilor fiecrei staii.

Fiecare staie emite grupuri de cte 9 (SM) sau 8 (SC) impulsuri ca cele din fig. 1.10.

Procedura de emisie este atfel:Staia master (SM) emite prima, un grup de 9 impulsuri dintre care 8 sunt la interval de 1000s iar al 9-lea la 2000s.Staiile secundare (SC) emit n succesiune, de regul alfabetic (X, Y, Z), grupuri de 8 impulsuri de RF, separate la 1000s; aceast mod de emisie permite separarea SM de SC. Emisiile SC se execut dup aceea a AM, dup un interval de timp suficient pentru ca semnalul s se propage la cea mai mare distan de aciune (o und EM parcurge 3000km n 30s).Dup ce toate SC au emis, se reia emisia SM; intervalul dintre dou emisii ale SM se numete timp de repetiie de grup (GRI Group Repetition Interval) i se exprim n s. Timpul dintre emisia primului impuls al unui grup i momentul emisiei primului impuls al unui grup secundar, se numete ntrziere de emisie (Emission Delay ED) fig. 1.11. Intrzierea de emisie (ED) este suma dintre durata grupului de impulsuri (8s), ntrzierea codat dintre dou emisii secundare (SCD Secondary Coding Delay sau CD Coding Delay) i durata propagrii semnalului de RF.Dup ce emite i ultima SC din lan, procesul se reia; timpul dintre dou emisii ale SM este timpul de repetiie de grup GRI care se exprim n s. GRI divizat pri 10 reprezint numrul (codul) lanului LORAN-C recepionat.Astfel, prin msurarea GRI, care se face cu bun precizie, se identific lanul LORANC i se tie compunerea i succesiunea n emisie a staiilor secundare din lan. Ca urmare, se pot trasa hiperbolelel de pozioionare i se poate determina poziia receptorului.De prin anul 2003, s-a emis ideea dezafectrii i a ultimului sistem de radionavigaie hiperboloc LORAN-C, avnd n vedere disponibilitile GPS. Suporterii LORAN subliniaz ns cteva avantaje ale acestuia fa de sistemele prin satelii, printre care:- LORAN folosete emitoare de mare putere, greu de perturbat (oricum, mult mai greu dect GPS);- staiile LORAN sunt exploatate de firme independente de stat GPS este controlat complet de guvernul SUA1 (prin U.S. D.O.D);- LORAN poate fi folosit n combinaie cu GPS pentru o mai bun estimare a poziiei sau/i ca sistem de rezerv.

Linia de poziie hiperbolicLinia de poziie generat de SHN reprezint locul geometric al tuturor punctelor de egal diferen de distan fa de dou puncte fixe -focare, n care sunt instalate staiile de emisie componente ale unei perechi (Master i Slave).

M- Master ; S Slave ; N Pozitia navei ; MS Linie de baza ; XM,xS Extensiile linie de baza ; CC Linie central ; dMN Distanta Master nava ; dSN Distanta Slave nava.Determinarea punctuluiPunctul navei se determin la intersecia a dou linii de poziie generate de funcionarea n comun a staiei Master cu cel puin dou staii Slave.

Procedee de determinare a punctuluiPentru determinarea punctului se utilizeaz urmtoarele metode:- metoda grafic: const n folosirea unor hri speciale care conin reele de linii de poziie de culori diferite, corespunztoare fiecrei perechi Master Slave;- metoda grafo-analitic: const n utilizarea unor table speciale cu ajutorul crora se pot trasa pe o harta Mercator liniile de poziie la intersecia crora se afl punctul navei;- metoda analitic; receptoarele moderne conin un microprocesor care calculeaz coordonatele geografice ale punctului navei, n funcie de poziiile staiilor lanului n aria cruia se afl nava i de diferenele de distan ntre nav i staii.Generarea familiilor de hiperboleDiferenele constante de distan se determin prin msurarea unor parametri ai cmpului electromagnetic generat de staiile componente ale unui lan hiperbolic.n funcie de parametrii msurai, SHN sunt: 1. Difereniale de faz;2. Difereniale de timp; 3. Difereniale de timp i faz

SHN difereniale de timpDiferena de distan constant se determin n mod indirect prin msurarea diferenei de timp ntre timpul necesar semnalului emis de Master pentru a parcurge distana Master - nav i timpul necesar semnalului emis de Slave pentru a parcurge distana Slave nav.Pentru a se putea msura aceast diferen de timp staiile trebuie s emit semnalele sub form de impulsuri cu o perioad de repetiie caracteristic fiecrei perechi de staii Master Slave.

SHN LORAN-C. Destinaie. CompunereSHN LORAN (LOng RAnge Navigation) a aprut n perioada celui de al II-lea rzboi mondial, s-a dezvoltat apoi n diverse variante la care a fost permis i accesul utilizatorilor civili. n prezent, la nivel mondial mai este n uz sistemul LORAN C.SHN LORAN C este un sistem diferenial de timp i faz, destinat pentru determinarea punctului navei n mod continuu, indiferent de condiiile hidrometeorologice, cu un nalt nivel de precizie.Staiile de emisie LORAN - C sunt grupate n lanuri formate dintr-o staie principal i dou la patru staii secundare. Staia principal - Master formeaz cu fiecare dintre staiile secundare - Slave o pereche de staii.Staiile LORAN - C emit semnale sub forma unor impulsuri de o anumit durat, care se repet la intervale de timp regulate.Sistemul LORAN - C dispune n anul 2014, conform ALRS vol. 2 (NP 282) de 23 de lanuri care acoper Oceanul Atlantic de Nord, Oceanul Pacific de Nord, inclusiv Marea Chinei de Sud i Marea Arabiei. Fiecare lan LORAN C este format dintr-o staie Master i pn la patru staii Slave, notate: W, X, Y, Z.SHN LORAN-C. Caracteristici.Sistemul LORAN C are alocat banda de frecvene 90 110 KHz.Toate staiile LORAN C au o purttoare unic pe frecvena de 100 KHz;SHN LORAN C poate fi utilizat att pe und direct ct i indirect ( unda reflectat de straturile ionosferice);Sistemul poate fi utilizat pn la 1400 Mm pe und direct i 2300 Mm pe und indirect.Precizia punctului navei este de pn la 0,25 Mm pe und direct i pn la 11 Mm pe und reflectat pe timpul zilei sau nopii, indiferent de anotimp (cu o probabilitate de 95 %).Puterea de emisie a staiilor LORAN-C este de 4 Mw, utiliznd o anten vertical (cu nlimi de pn la 390 m).Lungimea liniilor de baz dintre staia Master i Slave este n general de 600 Mm.Precizia punctuluiLORANEroarea medie ptratic n punctulLORAN C depinde de:- eroarea medie ptratic n msurarea diferenei de timp(determineroare n linia de poziie);- unghiul de interseciedintre liniile de poziie.Staiile LORAN sunt astfel amplasate nct, n aria acoperitde lanulrespectivfamiliiledehiperbolepecarele genereaz sse intersecteze sub unghiuri mai mari de 30 .ncazulunuiunghide intersecie favorabil pentru hiperbolelor de poziie, preciziapunctuluiestede 0,1 Mm pentru o distan de pn la 350 Mm fa destaia Master ide 0,3 Mm la o distande 750 Mm.Metoda grafo-analitic.Tabele de punc Loran

Tabele LORAN pentru determinarea punctului navei suntntocmitepentrufiecareperechede staii i conincoordonatele punctelor de intersecieale hiperbolelor de poziie cu paralele sau meridiane, funcie de orientarea linieide poziie .Tabele conincoordonatele geografice corespunztoareliniilor de poziie spaiatela interval de timp (T) din 10 n 10 sec, considernd c recepiase efectueazpe unda direct .Prin utilizarea procedeului grafic de determinare a punctuluinavei, arcele hiperbolelor sferice n proiecieMercator suntnlocuite cusegmente de loxodrom corespunztoare,numite drepte LORAN.Metoda analiticEste specificreceptoarelor LORAN-C de produciemai recent .Acestea coninprocesoare ce sunt capabile scalculezepunctulde intersecie al hiperbolelor de poziie, aplicnd ieventualele corecii,rezultatul fiind afiareape display a coordonatelor geografice ale punctuluinavei.

Faciliti oferite de receptoarele LORAN - C moderneFuncie decoordonatele punctuluinavei, determinate automatde receptor icoordonatele way point-urilor, procesorul calculeaz traiectoria programat ntre celedou puncte.Sunt afiate urmtoarele date utilepentru navigaie: abaterea lateral fa de ruta programat relevmentul la primulway point drumul i viteza deasupra funduluiLORAN C va mai rmne n exploatare cel puin pn nanul 2020.