Sonne (alemán para "sol") fue un sistema de navegación por radio desarrollado en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial . Fue desarrollado a partir de un sistema experimental anterior conocido como Elektra y, por lo tanto, el sistema también se conoce como Elektra-sonnen . Cuando los británicos se enteraron del sistema, comenzaron a usarlo también, con el nombre de Consol , que significa "por el sol".
Elektra era una versión actualizada del rango de radio de baja frecuencia (LFR) basado en haces utilizado en los Estados Unidos durante la década de 1930. Esto se modificó aún más para crear Sonne al girar electrónicamente la señal para crear una serie de rayos que recorren el cielo. Usando una sincronización simple de la señal, el navegador podría determinar el ángulo de la estación. Dos de esas mediciones proporcionaron una solución de radio . La precisión y el alcance fueron excelentes, con correcciones de alrededor de ¼ de grado posibles en un alcance de 1.000 millas (1.600 km).
Sonne fue tan útil que también encontró un uso generalizado por parte de las fuerzas del Reino Unido, y se hicieron cargo de la operación después de la guerra. El sistema se utilizó para la navegación de largo alcance con el nombre de Consol y fue respaldado por la OACI como uno de los sistemas de navegación aérea de largo alcance sugeridos . Se construyeron nuevas estaciones en todo el mundo durante los próximos veinte años. El sistema se mantuvo en uso parcial hasta la década de 1990, y el último transmisor en Noruega se apagó en 1991.
Fondo
En navegación, la determinación de un "punto fijo " requiere que se tomen dos medidas. Usando métodos clásicos, esta era normalmente la medición de dos ángulos, o rumbos , a lo largo de la línea de visión hacia puntos de referencia prominentes , como un faro . Después de tomar las dos medidas, se dibujan líneas de posición que irradian desde los puntos de referencia a lo largo del ángulo inverso. Las líneas se cruzarán en algún punto y su intersección determina la ubicación del navegador. En la práctica, a menudo se utiliza una tercera medida, lo que da como resultado tres líneas que no se cruzan perfectamente; el tamaño del área de intersección del triángulo resultante da una indicación aproximada de la precisión de la medición en su conjunto. [1]
RDF
La introducción de sistemas de radio portátiles a principios del siglo XX dio lugar a la posibilidad de utilizar emisoras de radio ( balizas ) como un punto de referencia que sería visible para un receptor de radio a distancias muy grandes, cientos de millas o más. El ángulo entre el navegador y la baliza se puede medir utilizando un mecanismo simple conocido como antena de bucle . A medida que la antena gira alrededor de un eje vertical, la intensidad de la señal recibida varía y cae a cero (el nulo ) cuando el bucle es perpendicular a la línea de la baliza. [2]
Esta técnica, conocida como radiogoniometría (RDF), es útil pero solo moderadamente precisa. Las mediciones mejores que unos pocos grados son difíciles con una antena de cuadro pequeña y, debido a las características eléctricas, no siempre es fácil hacer una versión más grande que pueda proporcionar más precisión. Además, la adición de una antena de cuadro puede no ser posible en vehículos más pequeños o difícil de operar para aquellos sin un navegador dedicado. [2]
Hubo algunos experimentos con una especie de versión "inversa" del concepto RDF. Entre ellos se encontraba el British Orfordness Beacon, que emitía una señal desde un bucle que giraba continuamente a 1 rpm (6 grados por segundo). Cada vez que el bucle pasaba hacia el norte, transmitía brevemente la señal de código Morse para la letra "V". Los usuarios escucharían la señal V y luego iniciarían un cronómetro , esperando que la señal desapareciera a medida que el bucle giraba más allá de ellos. El tiempo transcurrido, multiplicado por seis, indica su ángulo de rumbo desde la estación. Un segundo rumbo a una estación similar en RAE Farnborough proporcionó una solución. [3]
Desafortunadamente, en la práctica se encontró que el sistema solo era preciso durante el día y con buen tiempo, lo que limitaba su utilidad para su función prevista de guía naval, y el sistema estuvo operativo solo durante un breve período.
Radio Range, Lorenz y Elektra
Otra solución al problema de la radionavegación es utilizar una señal de "haz" direccional que solo se puede recibir en un área determinada. Las aeronaves que vuelen dentro del haz oirán la señal en una radio convencional. Esto presenta un problema; el haz debe ser lo suficientemente ancho para que una aeronave pueda encontrarlo, pero lo suficientemente estrecho para ser una guía precisa.
Los primeros intentos de abordar este problema se realizaron en Alemania ya en 1904. O. Scheller de la empresa Lorenz propuso un sistema que utiliza cuatro señales en un patrón general en forma de abanico. Cada una de las señales se moduló de forma audible con la señal de código Morse para N (guión-punto) o A (punto-guión), por lo que una radio sintonizada en la frecuencia de transmisión escucharía una de estas señales. Las señales deliberadamente se superpusieron ligeramente, por lo que había áreas donde el oyente escucharía ambas al mismo tiempo. En este caso, los espacios en una señal se llenarían con la otra, produciendo un tono constante conocido como "equisignal". [4]
Siguieron varios desarrollos de este concepto básico, pero no se volvió práctico hasta la Primera Guerra Mundial . En ese momento, la economía de Alemania era limitada y sus actividades de aviación restringidas estrictamente. El desarrollo práctico se trasladó luego a los Estados Unidos, donde se usó en forma modificada con dos patrones de transmisión en forma de ocho anchos que permitieron una fácil captura de la señal. En lugar del sistema de aterrizaje de corto alcance propuesto por Scheller, el sistema estadounidense se utilizó para construir el sistema de rango de radio de baja frecuencia (LFR) a partir de 1928, que ofrece navegación de área amplia entre aeropuertos [5]
Para usar el sistema, la aeronave sintonizaría la estación en una radio convencional. Luego escuchaban la señal y, dependiendo de si escuchaban la A o la N, giraban hasta que volaban en el medio del rayo donde escuchaban la señal equis. El sistema se configuró para que el rayo que apuntaba hacia el oeste desde una estación tuviera el patrón de puntos y guiones opuesto al que apuntaba hacia el este desde la siguiente, de modo que el piloto pudiera sintonizar las estaciones en cualquier extremo de un tramo en particular y escuchar lo mismo. señal de ambos. Mientras volaban de estación en estación escuchaban la señal de un desvanecimiento y el otro crecer, hasta que pasaban por encima de la estación donde entraban al "cono del silencio". [6]
A medida que la economía alemana se recuperó, el desarrollo del sistema de Lorenz se reanudó a fines de la década de 1930. Se le pidió a Ernst Kramar que desarrollara un sistema de aterrizaje ciego más en la línea del concepto original de Scheller. Esto surgió como un sistema conocido genéricamente como " haz de Lorenz ", que utilizaba tres antenas y técnicas de fase para producir señales altamente direccionales de solo unos pocos grados de ancho. Los transmisores se colocaron al final de las pistas y el piloto podía escuchar las señales para volar por la señal en forma de abanico hasta la pista. Durante la Segunda Guerra Mundial , se utilizaron versiones aún más precisas y de largo alcance como ayudas de bombardeo nocturno; vea la Batalla de las vigas para más detalles. [7]
A medida que la economía alemana mejoraba y Luft Hansa iniciaba un programa más amplio, se le pidió a Kramar que desarrollara un sistema similar al LFF para su uso en Europa. Llamó a esta Elektra, por el personaje de la ópera del mismo nombre de Richard Strauss . Usando haces de Lorenz, Elektra permitió que cada señal fuera más estrecha, por lo que una sola estación podría proporcionar una cantidad de rutas entrantes y salientes, en lugar de solo cuatro. De esta forma se podría utilizar un número menor de estaciones para producir una serie de aerovías que conectaran más directamente los aeropuertos. Sin embargo, cuando comenzó la guerra no se había realizado ningún esfuerzo de despliegue. [8]
Sonne
Al principio de la guerra, la Luftwaffe se acercó a Kramar para ver si Elektra podía adaptarse para permitir la navegación general, en lugar de volar por rayos. Respondió combinando el concepto de haz del sistema de Lorenz con la señal giratoria del concepto de Orfordness, pero en un sistema único que representó un avance espectacular en la forma.
En lugar de rotar una antena de cuadro, Sonne usó tres antenas fijas separadas, distribuidas a lo largo de una línea con cada antena a 1 km de la siguiente, una distancia de tres longitudes de onda a la frecuencia operativa de 300 kHz (se usaron varias frecuencias entre 250-350 kHz). Un solo transmisor produjo una señal que se envió directamente a la antena central. [8]
La señal también se separó de la alimentación principal y se envió a una "unidad de codificación". Esto dividió aún más la señal en uno de dos caminos, cada uno conectado a una de las dos antenas laterales. La unidad de codificación envió la señal brevemente a una antena y luego durante más tiempo a la segunda, produciendo el patrón de puntos y rayas utilizado en los sistemas de Lorenz. Como el centro y una de las dos antenas laterales estaban alimentadas en un momento dado, el patrón de radiación resultante era cardioide . [8] [9]
La clave del sistema Sonne fue una modificación adicional de la señal antes de que llegara a las antenas. Se utilizó un cambiador de fase para retardar la señal en 90 grados cuando se envió a una de las antenas laterales, o adelantarla 90 desde la otra. Esto creó una serie de picos, o lóbulos, dentro del patrón de radiación cardioide, cada uno de unos 7,5 grados de ancho. [8] Como las antenas estaban físicamente separadas, los picos no se superpusieron con precisión, produciendo los mismos puntos, rayas y zonas equisignales del sistema de Lorenz. [8] [10]
Finalmente, la señal de retardo de fase fue "rotada" lentamente. Durante un período de 30 segundos, la señal avanzada se retardó 180 grados y la señal retardada avanzó los mismos 180 grados. Esto hizo que todo el patrón cardioide girara lentamente, con puntos en el sentido de las agujas del reloj y guiones en el sentido contrario. [10]
Una vez por minuto se cortaba la señal a las antenas laterales, produciendo un tono puro que se transmitía omnidireccionalmente desde la antena central. Esto fue codificado con un identificador de estación de código Morse. El navegador podría usar este período de 6 segundos para encontrar el rumbo general a la estación usando RDF. Esto les permitió determinar en cuál de los lóbulos del patrón esperaban ubicarse. [11]
Cuando los retrasos de fase se reanudaron, 2 segundos después de que finalizó el identificador de la estación, comenzó la codificación de puntos y guiones. El receptor normalmente estaría ubicado a un lado u otro de la señal equidistante, por lo que escucharían puntos o guiones; para este ejemplo, digamos puntos. A medida que se giraba el patrón, el lóbulo de los puntos se alejaba del receptor mientras la señal de los guiones se acercaba a él. Entonces, durante el período de 30 segundos, el receptor escuchará puntos, luego la señal equidistante (brevemente) y luego guiones. Al cronometrar la llegada de la señal equidistante, el navegante podría determinar su ubicación dentro del lóbulo. [11]
Tono DF recreado y barrido de guiones primero ( ayuda · información )
Mientras que Orfordness requería que esta demora se cronometrara en un reloj, Sonne ingresó la señal una vez por segundo, lo que permitió capturar la sincronización simplemente contando el número de puntos o guiones. Para facilitar aún más este proceso, se elaboró una serie de cartas náuticas con los recuentos enumerados en ellas. El navegador simplemente buscó el número en la carta para revelar el rumbo. [11]
Como el patrón giraba solo 7.5 grados durante 30 segundos, y la sincronización era precisa solo en un segundo, la precisión del sistema era teóricamente 7.5 / 30, o ¼ de grado. En la práctica, durante el día a 300 millas náuticas, las precisiones de ± ½ grados eran comunes cuando el receptor estaba ubicado en ángulo recto con la línea de base de la estación y ± 1 grado a 70 grados con respecto a la normal. Como la mayoría de los sistemas de onda media y larga, la precisión se degradó durante la noche debido a los efectos atmosféricos, a ± 1 grado sobre la normal y ± 2 grados a 70 grados. [9]
Despliegue
Es una regla general en la navegación que los resultados más precisos se miden cuando los dos rumbos están lo más cerca posible de 90 grados de separación. Como Sonne era un sistema de largo alcance, tenía sentido ubicar las estaciones a grandes distancias entre sí, para ampliar el área donde habría grandes ángulos entre las estaciones.
Esto dio lugar a despliegues a partir de 1940 con dos estaciones en España y una en Noruega. Se agregaron estaciones adicionales a lo largo de la guerra, incluidos ejemplos en los Países Bajos, Francia, España y Alemania. Finalmente, se construyeron un total de 18 emisoras, algunas denominadas Sonne y otras Elektra, aunque la razón de este nombre no está clara en las fuentes modernas. [12]
El sistema se vio comprometido por la captura del submarino alemán U- 505 en 1944, lo que llevó a una comprensión completa del sistema en el Reino Unido. Esto resultó tan útil que Sonne fue rápidamente adoptado por el Comando Costero de la RAF , que necesitaba un sistema de mayor alcance que el que ofrecía Gee . Para que su uso sea menos obvio, todos los registros británicos se refieren al sistema como "Consol". [8]
El uso de Coastal Command se generalizó tanto que se volvieron completamente dependientes del sistema. Al final de la guerra, cuando los alemanes perdieron el acceso a España, la falta de piezas provocó que una de las estaciones españolas se desconectara. Edward Fennessy organizó un suministro de repuestos proporcionados por la RAF para mantenerlo operativo. [8]
Uso de posguerra
Sonne, ahora conocido por su nombre en clave británico Consol, fue ampliamente utilizado en la era de la posguerra. En comparación con sistemas como VOR o RDF , Consol no requería nada más en el barco de navegación que una radio convencional y la capacidad de contar. Esto resultó tan atractivo que se establecieron nuevas estaciones de Consol en Francia, Irlanda del Norte e incluso tres en los EE. UU. (Donde se conocía como Consolan) y varias en la URSS. Era uno de los sistemas de navegación de largo alcance recomendados por la OACI . [8] [13]
Aunque se introdujeron sistemas más precisos y fáciles de usar, en particular LORAN-C , el bajo costo de implementación de Consol (una radio) lo mantuvo en uso como un sistema de navegación de recreo durante muchos años. La mayoría de las emisoras Consol permanecieron en uso hasta la década de 1980, y la estación de Stavanger permaneció en línea hasta 1991. [8] En este punto, los sistemas LORAN y GPS estaban disminuyendo de costo, y estos habían reemplazado a la mayoría de las formas de radionavegación en 2000.
Lista de estaciones Consol
- Ploneis , Francia 48 ° 1′16 ″ N 4 ° 12′55 ″ W / 48.02111 ° N 4.21528 ° W / 48.02111; -4,21528, distintivo de llamada TRQ posterior a FRQ, frecuencia 257 kHz [14]
- Andøya , Noruega 69 ° 8′54 ″ N 15 ° 53′0 ″ E / 69.14833 ° N 15.88333 ° E / 69.14833; 15.88333, distintivo de llamada LEX, frecuencia 332,5 kHz
- Bjørnøya , Noruega 74 ° 29′8 ″ N 19 ° 2′3 ″ E / 74.48556 ° N 19.03417 ° E / 74.48556; 19.03417, distintivo de llamada LJS, frecuencia 332,5 kHz
- Stavanger - Varhaug , Noruega 58 ° 37′36 ″ N 5 ° 37′39 ″ E / 58.62667 ° N 5.62750 ° E / 58.62667; 5.62750, distintivo de llamada LEC, frecuencia 319 kHz [14]
- Lugo - Outeiro de Rei , Galicia , España 43 ° 14′53.29 ″ N 7 ° 28′55.28 ″ W / 43.2481361 ° N 7.4820222 ° W / 43.2481361; -7.4820222, distintivo de llamada LG, frecuencia 303 y luego 285 kHz [14]
- Sevilla , España 37 ° 31′17.44 ″ N 6 ° 1′48.06 ″ W / 37.5215111 ° N 6.0300167 ° W / 37.5215111; -6.0300167, distintivo de llamada SL, frecuencia 311 y luego 315 kHz [14]
- Isla Jan Mayen , Svalbard y Jan Mayen 70 ° 58′25 ″ N 8 ° 29′43 ″ W / 70,97361 ° N 8,49528 ° W / 70,97361; -8.49528, distintivo de llamada LMC, frecuencia 332,5 kHz
- Bushmills , Irlanda del Norte, Reino Unido 55 ° 12′20 ″ N 6 ° 28′2 ″ W / 55.20556 ° N 6.46722 ° W / 55.20556; -6.46722, distintivo de llamada MWN, frecuencia 263 y luego 266 kHz [14]
- Miami, FL , Estados Unidos 25 ° 36′16 ″ N 80 ° 34′16 ″ O / 25,60444 ° N 80,57111 ° W / 25.60444; -80.57111, distintivo de llamada MMF, frecuencia 190 kHz
- Nantucket, MA , Estados Unidos 41 ° 15′35 ″ N 70 ° 9′19 ″ W / 41.25972 ° N 70.15528 ° W / 41.25972; -70.15528, indicativo de llamada TUK, frecuencia 194 kHz
- San Francisco, CA , EE. UU. 38 ° 12′13 ″ N 122 ° 34′8 ″ O / 38.20361 ° N 122.56889 ° W / 38.20361; -122.56889, distintivo de llamada SFI, frecuencia 192 kHz
- Kanin Nos , SFSR de Rusia, URSS 68 ° 38′18 ″ N 43 ° 23′30 ″ E / 68.63833 ° N 43.39167 ° E / 68.63833; 43.39167, distintivo de llamada KN, frecuencia 269 kHz
- Ostrov Pankrat'yeva , RSFS de Rusia, URSS 76 ° 07′30 ″ N 60 ° 10′30 ″ E / 76.12500 ° N 60.17500 ° E / 76.12500; 60.17500, distintivo de llamada PA, frecuencia 280 kHz
- Rybachi , SFSR de Rusia, URSS 69 ° 45′12 ″ N 32 ° 55′0 ″ E / 69.75333 ° N 32.91667 ° E / 69.75333; 32,91667, distintivo de llamada RB, frecuencia 363 kHz
Andøya, Bjørnøya y Jan Mayen Island compartieron la misma frecuencia. Se turnaron para transmitir durante un ciclo de 4 minutos.
Las estaciones Consol propuestas nunca se construyeron
- Cape Harrison, NL, Canadá
- St. John's, NL , Canadá
- Nanortalik , Groenlandia
- Eyrarbakki , Islandia
- Santa Maria , Azores, Portugal 36 ° 59′48 ″ N 25 ° 10′32 ″ W / 36.99667 ° N 25.17556 ° W / 36.99667; -25.17556, señal de llamada SMA, frecuencia 323 kHz (baliza de referencia reutilizada)
- Atlantic City, NJ , EE. UU., Distintivo de llamada ATA, frecuencia de prueba 526 kHz (construido pero apagado debido a problemas de asignación de frecuencia)
- Cabo Hatteras, NC , EE. UU., Frecuencia 198 kHz
- Pescadero, CA , EE. UU., Distintivo de llamada PES, frecuencia 190 kHz (construido por primera vez como una baliza autoguiada, pero nunca se convirtió en una estación Consol como estaba planeado)
- Point Conception, CA, EE. UU.
Referencias
- Citas
- ^ Charles Husick, "Chapman Piloting and Seamanship" (64ª ed.), Hearst Communications, diciembre de 2003, p. 618
- ^ a b Joseph Moell y Thomas Curlee, "Caza de transmisores: búsqueda de dirección de radio simplificada", TAB Books, 1978, págs. 1-5.
- ^ Pierce, McKenzie y Woodward 1948 , p. 4.
- ^ Tinkle 1978 , p. 2.
- ^ "Vuelo a ciegas en el haz: comunicación aeronáutica, navegación y vigilancia, sus orígenes y la política de la tecnología", Journal of Air Transportation , 2003
- ^ ' "Historia de la OACI: Canadá"
- ^ Tinkle 1978 , p. 3.
- ^ a b c d e f g h i Blanchard 1991 .
- ↑ a b Haigh , 1960 , p. 254.
- ↑ a b Haigh , 1960 , p. 255.
- ↑ a b c Haigh , 1960 , p. 256.
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- ^ Groves 2008 , págs. 8–9.
- ^ a b c d e Manual técnico de Dolphin Mk 3 (PDF) . Pye.
- Bibliografía
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- Groves, Paul (2008). Principios de los sistemas de navegación integrados GNSS, inercial y multisensor (PDF) . Tecnología y aplicaciones GNSS (edición en línea). Boston, MS: Artech House. ISBN 978-1-58053-262-4. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- Haigh, JD (1960). "Ayudas a la navegación: Consol". Libro de texto de los servicios de radio: técnicas de radiolocalización . VII . págs. 254-256. OCLC 504108531 . Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- Pierce, JA; McKenzie, AA; Woodward, RH, eds. (1948). Loran, navegación de largo alcance (PDF) . Serie de laboratorios de radiación, Instituto de Tecnología de Massachusetts, 1940–1945. Nueva York: McGraw Hill. OCLC 1617019 . Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- Tinkle, Fritz (1978). Bordfunkgeräte: vom Funkensender zum Bordradar [ Unidad de radio a bordo del transmisor de chispas al radar aerotransportado ] (PDF) . trans. Martin Hollmann. Coblenza: Bernard y Graef. ISBN 978-3-7637-5289-8. Consultado el 19 de octubre de 2016 .