LORAN

Sistema de navegación por radio

Este artículo es sobre LORAN. No debe confundirse con Loran-C .

El AN / APN-4 fue un receptor LORAN aerotransportado utilizado en la década de 1960. Se construyó en dos partes para que coincida con el sistema Gee del Reino Unido y podría cambiarse por Gee en unos minutos.

LORAN , abreviatura de navegación de largo alcance , ^[a] era un sistema de navegación por radio hiperbólico desarrollado en los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial . Era similar al sistema Gee del Reino Unido, pero operaba a frecuencias más bajas para proporcionar un rango mejorado de hasta 1.500 millas (2.400 km) con una precisión de decenas de millas. Primero se usó para convoyes de barcos que cruzaban el Océano Atlántico y luego en aviones de patrulla de largo alcance, pero encontró su uso principal en los barcos y aviones que operaban en el teatro del Pacífico durante la Segunda Guerra Mundial.

LORAN, en su forma original, era un sistema costoso de implementar, que requería una pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT). Este uso limitado para los militares y grandes usuarios comerciales. Los receptores automatizados estuvieron disponibles en la década de 1950, pero la misma electrónica mejorada también abrió la posibilidad de nuevos sistemas con mayor precisión. La Marina de los Estados Unidos comenzó a desarrollar el Loran-B , que ofrecía una precisión del orden de unas pocas decenas de pies, pero se topó con problemas técnicos importantes. La Fuerza Aérea de los EE. UU. Trabajó en un concepto diferente, Cyclan, que la Armada asumió como Loran-C , que ofrecía un alcance más largo que LORAN y una precisión de cientos de pies. La Guardia Costera de EE. UU. asumió las operaciones de ambos sistemas en 1958.

A pesar de la espectacular mejora del rendimiento de Loran-C, LORAN, ahora conocido como Loran-A (o "LORAN estándar"), se volvería mucho más popular durante este período. Esto se debió en gran parte a la gran cantidad de unidades Loran-A excedentes liberadas de la Armada cuando los barcos y aviones reemplazaron sus conjuntos con Loran-C. La introducción generalizada de microelectrónica de bajo costo durante la década de 1960 hizo que el precio de los receptores Loran-C cayera drásticamente, y el uso de Loran-A comenzó a disminuir rápidamente. Loran-A se desmanteló a partir de la década de 1970; permaneció activa en América del Norte hasta 1980 y en el resto del mundo hasta 1985. Una cadena japonesa permaneció en el aire hasta el 9 de mayo de 1997, y una cadena china todavía figuraba como activa en 2000 ^[actualizar]. ^{[ cita requerida]}

Loran-A utilizó dos bandas de frecuencia, 1,85 y 1,95 MHz. Estas mismas frecuencias fueron utilizadas por radioaficionados , en la banda de radioaficionados de 160 metros , ^[1] y los operadores aficionados estaban bajo estrictas reglas para operar a niveles de potencia reducidos para evitar interferencias; Dependiendo de su ubicación y distancia a la costa, los operadores estadounidenses estaban limitados a un máximo de 200 a 500 vatios durante el día y de 50 a 200 vatios durante la noche. ^[2]

Historia

Proyecto 3

En una reunión del 1 de octubre de 1940 del Comité Técnico del Cuerpo de Señales del Ejército de EE. UU., Alfred Loomis , presidente del Comité de Microondas, propuso la construcción de un sistema de navegación hiperbólico. Predijo que dicho sistema podría proporcionar una precisión de al menos 1000 pies (300 m) en un rango de 200 millas (320 km) y un alcance máximo de 300 a 500 millas (480 a 800 km) para aviones de alto vuelo. . Esto condujo a la especificación "Equipo de navegación de precisión para aviones de guía", que se envió de nuevo al Comité de microondas y se formó como "Proyecto 3". ^{[3] [b] Los} pedidos de los sistemas iniciales se enviaron en una reunión de seguimiento el 20 de diciembre de 1940. Edward George Bowen , desarrollador de los primeros sistemas de radar aerotransportados, también estuvo en la reunión del 20 de diciembre. Dijo que estaba al tanto de un trabajo similar en el Reino Unido, pero que no sabía lo suficiente para ofrecer sugerencias. ^[4]

El Proyecto 3 se trasladó al Grupo de Navegación del Laboratorio de Radiación recién formado en 1941. ^{[5] Los} primeros sistemas operaban alrededor de 30 MHz, pero luego se decidió probar experimentos con diferentes equipos que pudieran sintonizarse de 3 a 8 MHz. ^[5] Se encontró que estos sistemas de baja frecuencia eran mucho más estables electrónicamente. Después de considerar la instalación de transmisores en los picos de las montañas, el equipo se instaló en dos estaciones abandonadas de la Guardia Costera en Montauk Point , Nueva York, y Fenwick Island, Delaware . ^[6] En el extremo receptor, se equipó una camioneta con un receptor simple y se envió por todo el país en busca de señales sólidas, que se encontraron tan lejos comoSpringfield, Misuri . ^[5]

Para un sistema de producción, el equipo comenzó a trabajar con un sistema que utiliza una pantalla circular J-scope para mejorar la precisión. El A-scope más común representa distancias a través del diámetro del tubo, mientras que el J-scope lo presenta como el ángulo alrededor de la cara del tubo de rayos catódicos . ^[7] Esto aumenta la cantidad de espacio en la escala en un factor de π para cualquier tamaño de pantalla dado, lo que mejora la precisión. A pesar de usar el J-scope y adoptar el cambio de frecuencia más bajo para una mayor estabilidad, el equipo encontró que las mediciones precisas del rango eran bastante difíciles. En ese momento, el procedimiento para generar pulsos agudos de señales estaba en su infancia y sus señales se extendían considerablemente en el tiempo, lo que dificultaba las mediciones. ^[3]

Para entonces, el equipo se había dado cuenta de los esfuerzos de Gee del Reino Unido y sabía que Gee usaba un sistema de luces estroboscópicas generadas electrónicamente que producían pips en la pantalla que estaban alineados con precisión con la sincronización del sistema. Enviaron un equipo al Reino Unido para aprender sobre el concepto de luz estroboscópica y lo adoptaron de inmediato para su trabajo. Como parte de este intercambio, el equipo del Proyecto 3 también descubrió que Gee era casi idéntico a su propio sistema en concepto y rendimiento deseado. A diferencia de su sistema, Gee había completado en gran medida el desarrollo y estaba procediendo a la producción. Se tomó la decisión de abandonar los esfuerzos actuales, ^[8] usar Gee en su propio avión y, en cambio, volver a desarrollar su sistema para el rol de largo alcance. ^[9]

LORAN

AN / APN-4 LORAN en aviones RCAF Canso (PBY).

R-65 / APN-9 en un avión B-17G

La decisión de cambiar a la función de largo alcance significó que no se necesitaba la alta precisión del sistema Gee, lo que redujo en gran medida la necesidad de abordar los problemas de sincronización. Este cambio de propósito también exigió el uso de frecuencias aún más bajas, que podrían reflejarse en la ionosfera durante la noche y, por lo tanto, proporcionar una operación sobre el horizonte. Inicialmente se seleccionaron dos bandas de frecuencia, 1,85 y 1,95 MHz para uso nocturno (160 metros) y 7,5 MHz (40 metros). Los 7,5 MHz, etiquetados como "HF" en los primeros receptores, nunca se utilizaron operativamente. ^[9]

A mediados de 1942, Robert Dippy , el desarrollador principal del sistema Gee en el Telecommunications Research Establishment (TRE) en el Reino Unido, fue enviado a los EE. UU. Durante ocho meses para ayudar con el desarrollo de LORAN. En ese momento, el proyecto lo dirigía principalmente el capitán Harding de la Marina de los EE. UU., Y se concentraban por completo en un sistema de a bordo. Dippy los convenció de que una versión aerotransportada era definitivamente posible, lo que generó cierto interés por parte de la Fuerza Aérea del Ejército de EE. UU.. La Marina no estaba contenta con este giro de los acontecimientos. Dippy también instituyó una serie de cambios simples que resultarían extremadamente útiles en la práctica. Entre estos, exigió abiertamente que los receptores LORAN aerotransportados se construyeran físicamente de manera similar a los receptores Gee, de modo que pudieran intercambiarse en servicio simplemente reemplazando la unidad receptora. Esto resultaría extremadamente útil; Los aviones del Comando de Transporte de la RAF podrían intercambiar sus receptores al moverse hacia o desde el teatro australiano . Dippy también diseñó el equipo de cronometraje de la estación terrestre. ^[9]

Fue en esta época cuando se unieron al proyecto tanto la Guardia Costera de los Estados Unidos como la Marina Real Canadiense . El proyecto todavía era de alto secreto en este momento, y se compartió poca información real, especialmente con la Guardia Costera. ^[10] Se requirió el enlace canadiense, ya que la ubicación ideal de las estaciones requeriría varias estaciones en varios lugares de las provincias marítimas canadienses . Un sitio en Nueva Escocia resultó ser una batalla; el sitio era propiedad de un pescador cuyo abstemio dominanteesposa estaba totalmente en contra de tener algo que ver con los pecadores hombres de la Marina. Cuando el comité de selección del sitio de JA Waldschmitt y el teniente Cdmr. Argyle estaba discutiendo el asunto con el esposo, llegó un tercer visitante y les ofreció cigarrillos a los hombres. Se negaron y la anfitriona preguntó si bebían. Cuando dijeron que no, la tierra quedó asegurada rápidamente. ^[11]

LORAN pronto estuvo listo para el despliegue, y la primera cadena se puso en marcha en junio de 1942 en Montauk y Fenwick. A esto se unieron poco después dos estaciones en Terranova , en Bonavista y Battle Harbour , y luego por dos estaciones en Nueva Escocia, en Baccaro y Deming Island. ^[12] Se instalaron estaciones adicionales a lo largo de la costa este de Estados Unidos y Canadá hasta octubre, y el sistema se declaró operativo a principios de 1943. A fines de ese año se habían instalado estaciones adicionales en Groenlandia , Islandia , las Islas Feroe y las Hébridas. , ofreciendo una cobertura continua a través del Atlántico Norte.El Comando Costero de la RAF instaló otra estación en Shetland , que ofrece cobertura sobre Noruega, un importante escenario para los submarinos alemanes y los buques capitales. ^[9]

Expansión

Las enormes distancias y la falta de puntos de navegación útiles en el Océano Pacífico llevaron al uso generalizado de LORAN tanto para barcos como para aviones durante la Guerra del Pacífico . En particular, la precisión ofrecida por LORAN permitió a las aeronaves reducir la cantidad de combustible adicional que de otro modo tendrían que transportar para garantizar que pudieran encontrar su base después de una larga misión. Esta carga de combustible reducida permitió aumentar la carga de bombas. Al final de la Segunda Guerra Mundial había 72 estaciones LORAN, con más de 75.000 receptores en uso. ^[9]

Se agregaron cadenas adicionales en el Pacífico en la era de la posguerra. Un impulso en la construcción siguió al comienzo de la Guerra de Corea , incluidas nuevas cadenas en Japón y una en Busan , Corea. También se instalaron cadenas en China, antes del fin definitivo de la Revolución Comunista China , y estas estaciones permanecieron en el aire al menos hasta la década de 1990. Una gran expansión final tuvo lugar en Portugal y las Azores en 1965, ofreciendo una cobertura adicional al Atlántico medio. ^[2]

SS LORAN

Durante los primeros experimentos con las ondas del cielo de LORAN, Jack Pierce notó que por la noche la capa reflectante en la ionosfera era bastante estable. Esto llevó a la posibilidad de que dos estaciones LORAN pudieran sincronizarse usando señales de ondas del cielo, al menos por la noche, lo que les permitiría separarse en distancias mucho mayores. La precisión de un sistema hiperbólico es una función de la distancia de la línea de base, por lo que si las estaciones pudieran extenderse, el sistema se volvería más preciso, por lo que se necesitarían menos estaciones para cualquier tarea de navegación deseada. ^[13]

Un sistema de prueba se intentó por primera vez el 10 de abril de 1943 entre las estaciones de LORAN en Fenwick y Bonavista, a 1.800 km (1.100 millas) de distancia. Esta prueba demostró una precisión de ½ milla, significativamente mejor que la LORAN normal. Esto llevó a una segunda ronda de pruebas a fines de 1943, esta vez utilizando cuatro estaciones, Montauk, East Brewster, Massachusetts , Gooseberry Falls, Missouri y Key West, Florida . Los vuelos de evaluación exhaustivos revelaron un error promedio de 1 a 2 millas (1,6 a 3,2 km). ^{[14] [13]}

El modo de operación nocturno encajaba perfectamente con el RAF Bomber Command . Las cuatro estaciones de prueba fueron desmanteladas y enviadas a través del Atlántico, ^[14] y reinstaladas para formar dos cadenas, Aberdeen - Bizerta y Orán - Bengasi . Conocido como Skywave-Synchronized LORAN , o SS LORAN , el sistema proporcionó cobertura en cualquier lugar al sur de Escocia y tan al este como Polonia con una precisión promedio de una milla. El sistema se utilizó operativamente en octubre de 1944, y en 1945 se instaló universalmente en el Grupo Nº 5 de la RAF . ^[15]

El mismo concepto básico también fue probado en la posguerra por la Guardia Costera en un sistema conocido como "Skywave Long Baseline LORAN". La única diferencia fue la selección de diferentes frecuencias, 10.585 MHz en el día y 2 MHz en la noche. Las pruebas iniciales se llevaron a cabo en mayo de 1944 entre Chatham, Massachusetts y Fernandina, Florida , y un segundo conjunto entre Hobe Sound, Florida y Point Chinato, Puerto Rico , en diciembre-enero de 1945–46. El sistema no se puso en funcionamiento debido a la falta de asignaciones de frecuencia adecuadas. ^[14]

Loran-B y C

Artículo principal: Loran-C

LORAN era un sistema simple que comparaba los tiempos de llegada de los pulsos para realizar una medición. Idealmente, se mostrarían señales rectangulares perfectamente formadas en el CRT, cuyo borde de ataque podría compararse con un alto grado de precisión. En la práctica, los transmisores no pueden encenderse y apagarse instantáneamente y, debido a una variedad de factores, los pitidos resultantes se esparcen en el tiempo, formando una envolvente . La nitidez de la envolvente es una función de la frecuencia, lo que significa que los sistemas de frecuencias más bajas como LORAN siempre tendrán envolventes más largas con puntos de inicio y parada menos definidos y, por lo tanto, generalmente tienen menos precisión que los sistemas de frecuencias más altas como Gee. ^[dieciséis]

Existe una forma completamente diferente de lograr la misma medición de tiempo, no comparando el tiempo de las envolventes de pulso, sino cronometrando la fase de las señales. En realidad, esto es bastante fácil de realizar usando componentes electrónicos simples y se puede mostrar directamente usando un puntero mecánico simple. El truco de un sistema de este tipo es garantizar que las estaciones primarias y secundarias sean coherentes en fase, una propuesta compleja durante la Segunda Guerra Mundial . Pero al aislar las partes costosas del sistema en las pocas estaciones de transmisión, el sistema de navegación Decca que usa esta técnica se activó en 1944, ofreciendo una precisión similar a Gee pero usando pantallas mecánicas de bajo costo que también eran mucho más fáciles de usar. ^[17]

La desventaja del sistema de comparación de fase es que no es posible saber a partir de una señal de onda continua, como la de Decca, qué parte de la señal está midiendo. Podría estar comparando la primera forma de onda de una estación con la primera de otra, pero la segunda forma de onda parece idéntica y el operador puede alinear esas dos ondas en su lugar. Esto conduce a un problema en el que el operador puede generar una medición precisa, pero la solución real puede estar en una amplia variedad de ubicaciones. Estas ubicaciones están separadas radialmente alrededor de la estación, lo que significa que un punto fijo podría estar dentro de una dirección radial determinada o una distancia fija a cualquier lado. Decca se refirió a estas áreas radiales como "carriles", y utilizó un sistema mecánico para realizar un seguimiento de en cuál se encontraba el receptor. ^[17]

Combinando los dos conceptos, sincronización de envolvente y comparación de fase, ambos problemas podrían eliminarse. Dado que la comparación de fase es generalmente más precisa a bajas frecuencias debido a los detalles de la electrónica, tomar correcciones precisas se basaría en esta técnica. Pero en lugar de emitir una señal continua, como en el caso de Decca, la señal estaría en forma de pulsos. Estos se usarían para hacer una solución aproximada usando la misma técnica que Gee o LORAN, identificando positivamente el carril. El único problema desde el punto de vista del desarrollo sería seleccionar frecuencias que permitieran envolventes de pulso razonablemente precisas sin dejar de tener formas de onda medibles dentro de los pulsos, así como desarrollar pantallas capaces de mostrar tanto los pulsos en su conjunto como las ondas dentro de ellos.

Estos conceptos llevaron a experimentos con LORAN de baja frecuencia en 1945, utilizando una frecuencia mucho más baja de 180 kHz. Se instaló un sistema con tres transmisores en la costa este de Estados Unidos utilizando antenas largas sostenidas por globos. Los experimentos demostraron que la inexactitud inherente al diseño mientras se trabajaba a frecuencias tan bajas era simplemente demasiado grande para ser útil; los factores operativos introdujeron errores que superaron las capacidades. Sin embargo, los tres transmisores fueron reinstalados en el norte de Canadá y Alaska para experimentos de navegación polar, y funcionaron durante tres años hasta que se volvieron a apagar en marzo de 1950. ^[18]Estos experimentos demostraron una precisión del orden de 0,15 microsegundos, o unos 50 metros (0,031 millas), un gran avance sobre LORAN. El rango máximo utilizable fue de 1,000 millas (1,600 km) sobre tierra y 1,500 millas (2,400 km) en el mar. Utilizando la coincidencia de ciclos, el sistema demostró una precisión de 49 m (160 pies) a 1.210 km (750 millas). ^[18] Pero también se descubrió que el sistema era muy difícil de usar y las mediciones seguían sujetas a confusión sobre qué ciclos coincidir. ^[19]

Durante este mismo período, la Fuerza Aérea del Ejército de los EE. UU. Se interesó en un sistema de muy alta precisión para bombardear objetivos precisos. Raytheon ganó un contrato para desarrollar un sistema llamado "Cytac", que usaba las mismas técnicas básicas que LF LORAN, pero incluía una automatización considerable para manejar la sincronización internamente sin la intervención del operador. Esto resultó ser un gran éxito, con pruebas que colocaron la aeronave a menos de 10 yardas del objetivo. A medida que la misión cambió de un bombardeo táctico de corto alcance a un lanzamiento nuclear sobre el polo, la (recién formada) Fuerza Aérea de EE . UU.perdió interés en el concepto. Sin embargo, continuaron experimentando con el equipo después de adaptarlo para trabajar en frecuencias LF LORAN y renombrarlo como "Cyclan", reduciendo la precisión en comparación con el original, pero proporcionando una precisión razonable del orden de una milla a distancias mucho mayores. ^[1]

La Marina también había estado experimentando con un concepto similar durante este período, pero usando un método diferente para extraer el tiempo. Este sistema, más tarde conocido como Loran-B , tuvo problemas importantes (al igual que otro sistema de la Fuerza Aérea, Whyn y un sistema británico similar, POPI ). ^[20] En 1953, la Armada se hizo cargo del sistema Cyclan y comenzó una amplia serie de estudios que iban tan lejos como Brasil, demostrando una precisión de unos 100 metros (330 pies). El sistema se declaró operativo en 1957, y las operaciones de LORAN y Cyclan se entregaron a la Guardia Costera de los EE. UU. En 1958. ^[17] En ese momento, el LORAN original se convirtió en Loran-A ^[21] o LORAN estándar .^[22] y el nuevo sistema se convirtió en Loran-C . ^[C]

Uso comercial, desmantelamiento

A pesar de la gran precisión y facilidad de uso de Loran-C, Loran-A siguió siendo de uso generalizado. Esto se debió en gran parte a dos factores importantes. Una era que la electrónica necesaria para leer una señal de Loran-C era compleja y, en la era de la electrónica basada en tubos, físicamente muy grande, generalmente frágil y cara. Además, a medida que los barcos y aviones militares se trasladaron de Loran-A a Loran-C, los receptores más antiguos se hicieron excedentes. Estas unidades más antiguas fueron adquiridas por pescadores comerciales y otros usuarios, manteniéndolas en servicio generalizado. ^[23]

Loran-A continuó mejorando a medida que los receptores se transistorizaron y luego se automatizaron utilizando sistemas basados ​​en microcontroladores que decodificaban la ubicación directamente. A principios de la década de 1970, estas unidades eran relativamente comunes, aunque seguían siendo relativamente caras en comparación con dispositivos como los radiogoniómetros . La mejora de la electrónica a lo largo de este período fue tan rápida que solo pasaron unos pocos años antes de que estuvieran disponibles unidades Loran-C de tamaño y costo similares. Esto llevó a la decisión de abrir Loran-C al uso civil en 1974. ^[24]

A fines de la década de 1970, la Guardia Costera estaba en medio de la eliminación gradual de Loran-A en favor de cadenas Loran-C adicionales. Las cadenas de las Aleutianas y Hawái cerraron el 1 de julio de 1979, las restantes cadenas de Alaska y la costa oeste el 31 de diciembre de 1979, seguidas por las transmisoras del Atlántico y el Caribe el 31 de diciembre de 1980. ^[25] Varias cadenas extranjeras tanto en el Pacífico como en el Atlántico siguieron su ejemplo. , y en 1985 la mayoría de las cadenas originales ya no estaban operativas. Los sistemas japoneses permanecieron en el aire por más tiempo, hasta 1991, al servicio de su flota pesquera. Los sistemas chinos estuvieron activos en la década de 1990 antes de ser reemplazados por sistemas más modernos, y sus nueve cadenas todavía figuraban como activas en el Volumen 6 (edición de 2000) de la Lista de señales de radio del Almirantazgo .

Operación

Un solo tramo de un sistema LORAN se encuentra a lo largo de la "línea de base" de las estaciones A a B. En cualquier punto entre estas estaciones, un receptor medirá una diferencia en el tiempo de los dos pulsos. Este mismo retraso ocurrirá en muchos otros lugares a lo largo de una curva hiperbólica. Una carta de navegación que muestra una muestra de estas curvas produce una gráfica como esta imagen.

Concepto basico

Artículo principal: navegación hiperbólica

Los sistemas de navegación hiperbólica se pueden dividir en dos clases principales, los que calculan la diferencia de tiempo entre dos pulsos de radio y los que comparan la diferencia de fase entre dos señales continuas. Para ilustrar el concepto básico, esta sección considerará únicamente el método de pulso.

Considere dos transmisores de radio ubicados a una distancia de 300 kilómetros (190 millas) entre sí, lo que significa que la señal de radio de uno tomará 1  milisegundopara llegar al otro. Una de estas estaciones está equipada con un reloj electrónico que envía periódicamente una señal de activación. Cuando se envía la señal, esta estación, la "primaria", envía su transmisión. 1 ms después esa señal llega a la segunda estación, la "secundaria". Esta estación está equipada con un receptor, y cuando ve llegar la señal del primario, activa su propio transmisor. Esto asegura que el primario y el secundario envíen señales con una separación de 1 ms precisa, sin que el secundario necesite un temporizador preciso propio o sincronice su reloj con el primario. En la práctica, se agrega un tiempo fijo para tener en cuenta los retrasos en la electrónica del receptor. ^[26]

Un receptor que escuche estas señales y las muestre en un osciloscopio verá una serie de "señales luminosas" en la pantalla. Midiendo la distancia entre ellos, se puede calcular el retardo entre las dos señales. Por ejemplo, un receptor puede medir la distancia entre los dos pitidos para representar un retraso de 0,5 ms. Esto implica que la diferencia en la distancia a las dos estaciones es de 150 km. Hay un número infinito de lugares donde se podría medir ese retraso: 75 km de una estación y 225 de la otra, 150 km de una y 300 de la otra, y así sucesivamente. ^[26]

Cuando se traza en un gráfico, la colección de posibles ubicaciones para cualquier diferencia de tiempo determinada forma una curva hiperbólica. La colección de curvas para todos los posibles retrasos medidos forma un conjunto de líneas radiantes curvas, centradas en la línea entre las dos estaciones, conocida como la "línea de base". ^[26] Para realizar una corrección, el receptor toma dos medidas basadas en dos pares primarios / secundarios diferentes. Las intersecciones de los dos conjuntos de curvas normalmente dan como resultado dos posibles ubicaciones. Utilizando alguna otra forma de navegación, a estima, por ejemplo, se puede eliminar una de estas posibles posiciones, proporcionando así una solución exacta. ^[27]

Estaciones LORAN

La señal de un solo transmisor LORAN se recibirá varias veces desde varias direcciones. Esta imagen muestra la onda de tierra débil llegando primero, luego las señales después de uno y dos saltos de la capa E de la ionosfera, y finalmente uno y dos saltos de la capa F. Se necesitaba habilidad del operador para diferenciarlos.

Las estaciones LORAN se construyeron en cadenas, una primaria y dos secundarias (como mínimo, algunas cadenas estaban constituidas por hasta cinco estaciones) separadas típicamente por aproximadamente 600 millas (970 km). Cada par transmite en una de las cuatro frecuencias, 1,75, 1,85, 1,9 o 1,95  MHz (así como los 7,5 MHz no utilizados). ^[d] En cualquier ubicación dada era común poder recibir más de tres estaciones a la vez, por lo que se necesitaba algún otro medio para identificar los pares. LORAN adoptó el uso de variar la frecuencia de repetición de pulsos (PRF) para esta tarea, con cada estación enviando una cadena de 40 pulsos a 33,3 o 25 pulsos por segundo. ^[9]

Estación de la torre LORAN en Sand Island en Johnston Atoll , 1963

Las estaciones se identificaron con un código simple, con un número que indica la banda de frecuencia, una letra para la frecuencia de repetición del pulso y un número para la estación dentro de la cadena. Por ejemplo, las tres estaciones en las islas hawaianas se organizaron como dos pares 2L 0 y 2L 1. Esto indicó que estaban en el canal 2 (1,85 MHz), utilizaron la tasa de repetición de flujo "L" (25 Hz) y que dos de las estaciones estaban en la tasa de repetición base, mientras que las otras dos (la estación primaria y la tercera) usaban la tasa de repetición 1. ^[28] El PRF podría ajustarse de 25 a 25 y 7/16 para Baja, y 33 1/3 a 34 1/9 para alto. Este sistema compartía la torre central, que transmitía en ambas frecuencias. ^[29]

En el caso de Gee, las señales eran directas del transmisor al receptor, produciendo una señal limpia que era fácil de interpretar. Si se muestra en un solo trazo CRT, el operador vería una serie de "señales" agudas, primero el primario, luego uno de los secundarios, el primario nuevamente y luego el otro secundario. Los CRT de Gee se construyeron para poder mostrar dos trazas y, al sintonizar varios circuitos de retardo, el operador podía hacer que la primera señal primaria-secundaria apareciera en la pantalla superior y la segunda en la inferior. Luego, podrían tomar una medición de ambos retrasos al mismo tiempo. ^[9]

En comparación, LORAN fue diseñado deliberadamente para permitir el uso de ondas celestes, y la señal recibida resultante fue mucho más compleja. La onda de tierra se mantuvo bastante nítida, pero solo se pudo recibir a distancias más cortas y se usó principalmente durante el día. Por la noche, se pueden recibir hasta treinta ondas celestes diferentes de un solo transmisor, a menudo superpuestas en el tiempo, creando un patrón de retorno complejo. Dado que el patrón dependía de la atmósfera entre el transmisor y el receptor, el patrón recibido fue diferente para las dos estaciones. Uno podría recibir una onda del cielo de dos rebotes de una estación al mismo tiempo que una onda de tres rebotes de otra, lo que dificulta la interpretación de la pantalla. ^[13]

Aunque LORAN usó deliberadamente la misma pantalla que Gee para compartir equipo, las señales eran mucho más largas y complejas que Gee que la medición directa de las dos señales simplemente no era posible. Incluso la señal inicial de la estación principal se distribuyó en el tiempo con la señal de la onda terrestre inicial siendo nítida (si se recibía), mientras que las recepciones de la onda del cielo podían aparecer en cualquier lugar de la pantalla. En consecuencia, el operador LORAN configuró los retardos para que la señal primaria apareciera en una traza y la secundaria en la segunda, permitiendo comparar los patrones complejos. Esto significaba que solo se podía realizar una medición primaria / secundaria a la vez; para producir una "corrección", todo el procedimiento de medición tuvo que repetirse una segunda vez utilizando un conjunto diferente de estaciones.Los tiempos de medición del orden de tres a cinco minutos eran típicos, lo que requería que el navegador tuviera en cuenta el movimiento del vehículo durante este tiempo.^{[9] [30]}

Medición

La unidad receptora aerotransportada original era la unidad AN / APN-4 de 1943. Era físicamente idéntica al conjunto Gee de dos piezas del Reino Unido y podía intercambiarse fácilmente con estas unidades. La unidad principal con pantalla también albergaba la mayoría de los controles. La operación general comenzó seleccionando una de las nueve estaciones, etiquetadas de 0 a 8, y estableciendo la velocidad de barrido en 1, el valor más bajo. Luego, el operador usaría los controles de intensidad y enfoque para ajustar la señal y proporcionar una visualización nítida. ^[31]

A la velocidad de barrido más baja, el sistema también produjo una señal local que se introdujo en la pantalla y produjo un "pedestal" claramente definido, una forma rectangular que se muestra a lo largo de los dos trazos. ^[e] La señal amplificada de las estaciones también aparecería en la pantalla, muy comprimida en el tiempo de modo que se mostrara como una serie de picos agudos (blips). A medida que la señal se repetía, estos picos aparecían muchas veces en todo el ancho de la pantalla. Debido a que la pantalla se configuró para barrer a la frecuencia de repetición de pulso del par de estaciones seleccionado, otras estaciones en el área, a diferentes tasas de repetición, se moverían a través de la pantalla mientras que la seleccionada permanecería estacionaria. ^[32]

Usando el interruptor "izquierda-derecha", el operador movería el pedestal superior hasta que uno de los picos de señal estuviera centrado dentro de él, y luego movió el pedestal en el trazo inferior para centrar una segunda señal usando controles de retardo grueso y fino. Una vez hecho esto, el sistema se configuró en velocidad de barrido 2, lo que aceleró los trazos para que la sección delineada por los pedestales llenara todo el trazo. Este proceso se repitió a la velocidad de barrido 3, momento en el que solo una parte seleccionada de la señal era visible en la pantalla. El cambio a la velocidad de barrido 4 no cambió la sincronización, sino que superpuso las señales en una sola traza para que pudiera tener lugar la sintonización final, utilizando los controles de ganancia y balance del amplificador. El objetivo era alinear perfectamente los dos trazos. ^[33]

En ese punto, comienza la medición. El operador cambia a la velocidad de barrido 5, que vuelve a una pantalla con dos trazos separados, con las señales invertidas y funcionando a una velocidad de barrido menor para que aparezcan múltiples repeticiones de la señal en los trazos. Mezclada con la señal hay una escala electrónica producida en un generador de base de tiempo , lo que hace que aparezcan una serie de pequeños pips sobre las señales originales ahora invertidas. En el ajuste 5, los pips en la escala representan diferencias de 10 microsegundos y el operador mide la distancia entre posiciones. Esto se repite para establecer 6 en 50 microsegundos, y nuevamente para establecer 7 en 500 microsegundos. La diferencia medida en cada uno de estos ajustes se suma para producir el retardo total entre las dos señales. ^[33] Este procedimiento completo se repitió luego para un segundo conjunto primario-secundario, a menudo el segundo conjunto de la misma cadena, pero no siempre.

Las unidades receptoras mejoraron mucho con el tiempo. El AN / APN-4 fue reemplazado rápidamente por el AN / APN-9 de 1945, una unidad todo en uno que combina el receptor y la pantalla de peso muy reducido. ^[2]

Alcance y precisión

Durante el día, la ionosfera solo refleja débilmente las señales de onda corta, y LORAN se podía utilizar a 500–700 millas náuticas (930–1,300 km) utilizando las ondas terrestres. Por la noche, estas señales se suprimieron y el alcance se redujo a 350-500 millas náuticas (650-930 km). Por la noche, las ondas del cielo se volvieron útiles para las mediciones, que extendieron el alcance efectivo a 1.200–1.400 millas náuticas (2.200–2.600 km). ^[30]

A grandes distancias, las líneas hiperbólicas se aproximan a las líneas rectas que irradian desde el centro de la línea de base. Cuando se consideran dos de estas señales de una sola cadena, el patrón de líneas resultante se vuelve cada vez más paralelo a medida que la distancia de la línea de base se vuelve más pequeña en comparación con el rango. Por lo tanto, a distancias cortas, las líneas se cruzan en ángulos cercanos a los 90 grados, y este ángulo se reduce constantemente con el alcance. Debido a que la precisión de la posición depende del ángulo de cruce, todos los sistemas de navegación hiperbólica se vuelven cada vez más inexactos a medida que aumenta el alcance. ^[34]

Además, la compleja serie de señales recibidas confundió considerablemente la lectura de la señal LORAN, requiriendo cierta interpretación. La precisión era más una cuestión de la calidad de la señal y la experiencia del operador que cualquier límite fundamental del equipo o las señales. La única forma de expresar la precisión era medirla en la práctica; La precisión promedio en la ruta de Japón a Tinian, una distancia de 1.400 millas (2.300 km), fue de 28 millas (45 km), 2% del alcance. ^[2]

AT y móvil LORAN

AT LORAN, para "Air Transportable", era un transmisor LORAN liviano que se podía configurar rápidamente a medida que se movía el frente. Las operaciones eran idénticas a las de LORAN "normal", pero a menudo se suponía que las cartas no estarían disponibles y tendrían que prepararse sobre el terreno. Mobile LORAN fue otro sistema ligero, montado en camiones. ^[28]

Notas

1. Según algunas fuentes, ^{[ ¿cuál? ]} esto originalmente significaba "Sistema de Navegación Loomis", o LRN, antes de ser retroactivo a LORAN.
2. Varias fuentes citan a uno de los investigadores de LORAN que afirma que el esfuerzo se conocía en realidad como "Proyecto C", no 3. Sin embargo, otras fuentes ilustran que otros proyectos en el Rad Lab se conocían por número, por ejemplo, el esfuerzo de desarrollar un radar aire-aire de microondas fue el Proyecto 1, y un sistema antiaéreo terrestre fue el Proyecto 2. Ver "Radar Days" de Bowen, p. 183.
3. A pesar de que el nombre oficial se estableció desde el principio, muchas referencias usan mayúsculas para todos estos sistemas. Esto incluye muchos documentos oficiales de la Guardia Costera de EE. UU.
4. Cuatro frecuencias se enumeran en la documentación de la Marina, pero casi todas las fuentes se refieren a solo tres. El miembro que falta parece ser 1,75 MHz.
5. La nomenclatura británica usaba "cursor" en lugar de "pedestal".

Referencias

Citas

1. Dickinson, 1959 .
2. Proc 2012 .
3. Blanchard , 1991 , p. 305.
4. Halford, Davidson y Waldschmitt 1948 , p. 19.
5. Halford, Davidson y Waldschmitt 1948 , p. 21.
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Bibliografía

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  Proc 2012 es una versión modificada del mismo.
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• Arena, Stephan; Dammann, Armin; Mensing, Christian (2004), Posicionamiento en sistemas de comunicaciones inalámbricas , Hoboken: John Wiley & Sons, ISBN 1-118-69409-0

Otras lecturas

• Instrucciones de funcionamiento para RADAR SET AN / APN-9 " , US Navy, 1944
• "Técnicas operativas de LORAN Skywaves" , película de entrenamiento de la Fuerza Aérea de EE. UU. FTA-356, que muestra el procedimiento para corregir

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