Лоран

Эта статья о ЛОРАНЕ. Не путать с Лоран-С .

AN/APN-4 — бортовой приемник LORAN, использовавшийся в 1960-х годах. Он был построен из двух частей, чтобы соответствовать британской системе Gee, и его можно было заменить на Gee за несколько минут.

ЛОРАН , сокращение от дальней навигации , — гиперболическая радионавигационная система, разработанная в США во время Второй мировой войны . Она была похожа на британскую систему Ge , но работала на более низких частотах, чтобы обеспечить увеличенную дальность действия до 1500 миль (2400 км) с точностью до десятков миль. Сначала он использовался для конвоев кораблей, пересекающих Атлантический океан, а затем и дальней патрульной авиацией, но основное применение нашел на кораблях и самолетах, действовавших на Тихоокеанском театре военных действий во время Второй мировой войны.

ЛОРАН в своей первоначальной форме был дорогой системой для реализации, требующей дисплея с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Это ограниченное использование для военных и крупных коммерческих пользователей. Автоматизированные приемники стали доступны в 1950-х годах, но та же самая усовершенствованная электроника открыла возможность создания новых систем с более высокой точностью. ВМС США начали разработку Loran-B , которая обеспечивала точность порядка нескольких десятков футов, но столкнулась со значительными техническими проблемами. ВВС США работали над другой концепцией Cyclan, которую ВМС переняли под названием Loran-C , которая предлагала большую дальность полета, чем LORAN, и точность в сотни футов. взяла Береговая охрана США на себя эксплуатацию обеих систем в 1958 году.

Несмотря на значительно улучшенные характеристики Лоран-С, ЛОРАН, теперь известный как Лоран-А (или «Стандартный ЛОРАН»), в этот период стал гораздо более популярным. Во многом это произошло из-за большого количества избыточных единиц Loran-A, высвобожденных из состава ВМФ, поскольку корабли и самолеты заменили их комплекты на Loran-C. Широкое внедрение недорогой микроэлектроники в 1960-е годы привело к резкому падению цен на приемники Loran-C, и использование Loran-A начало быстро сокращаться. Лоран-А демонтировали начиная с 1970-х годов; он оставался активным в Северной Америке до 1980 года, а в остальном мире - до 1985 года. Японская сеть оставалась в эфире до 9 мая 1997 года, а китайская сеть все еще числилась активной по состоянию на 2000 год. .

Лоран-А использовал два диапазона частот: 1,85 и 1,95 МГц. Эти же частоты использовались радиолюбителями , в радиолюбительском диапазоне 160 метров , а операторы-любители должны были работать на пониженных уровнях мощности, чтобы избежать помех; В зависимости от их местоположения и расстояния до берега операторы в США были ограничены максимальной мощностью от 200 до 500 Вт днем ​​и от 50 до 200 Вт ночью.

История

Проект 3

На заседании Технического комитета Корпуса связи армии США 1 октября 1940 года Альфред Лумис , председатель микроволнового комитета Комитета исследований национальной обороны , предложил построить гиперболическую навигационную систему. Он предсказал, что такая система сможет обеспечить точность не менее 1000 футов (300 м) на дальности 200 миль (320 км) и максимальную дальность 300–500 миль (480–800 км) для высотных самолетов. . Это привело к созданию спецификации «Точное навигационное оборудование для управления самолетами», которая была отправлена ​​​​обратно в Комитет по микроволновому оборудованию и оформлена как «Проект 3». Заказы на первоначальные системы были разосланы на последующем совещании 20 декабря 1940 года. Эдвард Джордж Боуэн , разработчик первых бортовых радиолокационных систем , также присутствовал на совещании 20 декабря. Он заявил, что ему известно о подобной работе в Великобритании, но он недостаточно знает о ней, чтобы предлагать какие-либо предложения.

В 1941 году проект 3 перешел в состав недавно сформированной радиационной лаборатории . навигационной группы Ранние системы работали на частоте около 30 МГц, но позже было решено попробовать экспериментировать с другим оборудованием, которое можно было настроить на частоту от 3 до 8 МГц. Было обнаружено, что эти низкочастотные системы гораздо более стабильны в электронном плане. Сначала рассматривая возможность установки передатчиков на горных вершинах, команда вместо этого остановилась на двух заброшенных станциях береговой охраны в Монтаук-Пойнт , штат Нью-Йорк, и на острове Фенвик, штат Делавэр . На приемной стороне универсал был оснащен простым приемником и отправлялся по стране в поисках устойчивых сигналов, которые были обнаружены даже в Спрингфилде, штат Миссури .

Что касается производственной системы, команда начала работать с системой, использующей круглый J-образный дисплей для повышения точности. Более распространенный A-скоп представляет расстояния по диаметру трубки, тогда как J-скоп представляет это как угол вокруг поверхности электронно-лучевой трубки . Это увеличивает пространство на шкале в π раз для любого заданного размера дисплея, повышая точность. Несмотря на использование J-скопа и переход на более низкую частоту для большей стабильности, команда обнаружила, что точные измерения дальности довольно сложны. В то время процедура генерации резких импульсов сигналов находилась в зачаточном состоянии, а их сигналы были значительно разбросаны во времени, что затрудняло измерения.

К этому времени команда узнала об усилиях компании Gee в Великобритании и знала, что Джи использовал систему стробоскопов , генерируемых электроникой , которая создавала на дисплее точки, которые точно соответствовали системному времени. Они отправили команду в Великобританию, чтобы узнать о концепции стробоскопа, и сразу же применили ее в своей работе. В рамках этого обмена мнениями команда Проекта 3 также обнаружила, что Gee почти идентична их собственной системе по концепции и желаемым характеристикам. В отличие от своей системы, Gee в основном завершила разработку и приступила к производству. Было принято решение отказаться от текущих усилий. используйте Gee на своих собственных самолетах и ​​вместо этого переработайте свою систему для целей дальнего действия.

Лоран

AN/APN-4 LORAN на самолете RCAF Canso (PBY).

Р-65/АПН-9 в самолете Б-17Г

Решение переключиться на роль дальнего действия означало, что высокая точность системы Джи не требовалась, что значительно снизило необходимость решения проблем синхронизации. Это изменение цели также потребовало использования еще более низких частот, которые могли бы отражаться от ионосферы в ночное время и, таким образом, обеспечивать загоризонтную работу. Первоначально были выбраны два диапазона частот: 1,85 и 1,95 МГц для использования в ночное время (160 метров) и 7,5 МГц (40 метров). Частота 7,5 МГц, обозначенная на ранних приемниках как «HF», никогда не использовалась в эксплуатации.

В середине 1942 года Роберт Диппи , ведущий разработчик системы Ge в Научно-исследовательском институте телекоммуникаций (TRE) в Великобритании, был отправлен в США на восемь месяцев, чтобы помочь с разработкой LORAN. В то время проектом руководил в основном капитан ВМС США Хардинг, и они полностью сосредоточились на корабельной системе. Диппи убедил их, что авиационная версия определенно возможна, что вызвало определенный интерес со стороны ВВС армии США . Военно-морской флот был недоволен таким поворотом событий. Диппи также внес ряд простых изменений, которые оказались чрезвычайно полезными на практике. Среди них он прямо потребовал, чтобы бортовые приемники LORAN были физически аналогичны приемникам Gee, чтобы их можно было заменять в процессе эксплуатации, просто заменяя блок приемника. Это окажется чрезвычайно полезным; Самолеты Транспортного командования Королевских ВВС могли менять свои приемники при движении на австралийский театр военных действий или обратно. Диппи также разработал оборудование для измерения времени наземной станции.

Примерно в это же время к проекту присоединились Береговая охрана США и Королевский военно-морской флот Канады . В то время проект все еще оставался совершенно секретным, и фактической информации, особенно Береговой охране, было мало. Требовалась связь с Канадой, поскольку для идеального размещения станций потребовалось бы наличие нескольких станций в различных местах канадских морских провинций . Одно место в Новой Шотландии оказалось сражением; это место принадлежало рыбаку, чья властная трезвенница- жена была категорически против каких-либо дел с грешными моряками. Когда комитет по отбору места в составе Дж. А. Вальдшмитта и лейтенанта Cdmr. Аргайл обсуждал этот вопрос с мужем, пришел третий посетитель и предложил мужчинам сигареты. Они отказались, и тогда хозяйка спросила, пьют ли они. Когда они сказали, что нет, землю быстро забрали.

LORAN вскоре был готов к развертыванию, и первая цепь была запущена в эксплуатацию в июне 1942 года в Монтауке и Фенвике. Вскоре к этому присоединились две станции в Ньюфаундленде , в Бонависте и Батл-Харборе , а затем две станции в Новой Шотландии, в Баккаро и на острове Деминг. Дополнительные станции вдоль восточного побережья США и Канады были установлены до октября, а система была введена в эксплуатацию в начале 1943 года. К концу того же года дополнительные станции были установлены в Гренландии , Исландии , на Фарерских островах и Гебридских островах , обеспечивая непрерывную работу. покрытие Северной Атлантики. Береговое командование Королевских ВВС установило еще одну станцию ​​на Шетландских островах , обеспечивая покрытие территории Норвегии, основного плацдарма для немецких подводных лодок и крупных кораблей.

Расширение

Карта ЛОРАНа Желтого моря , 1944 год.

Огромные расстояния и отсутствие полезных навигационных точек в Тихом океане привели к широкому использованию ЛОРАНА как для кораблей, так и для самолетов во время войны на Тихом океане . В частности, точность, обеспечиваемая LORAN, позволила самолетам сократить количество дополнительного топлива, которое им в противном случае пришлось бы нести с собой, чтобы гарантировать, что они смогут найти свою базу после долгой миссии. Уменьшение топливной нагрузки позволило увеличить бомбовую нагрузку. К концу Второй мировой войны существовало 72 станции LORAN и использовалось более 75 000 приемников.

Дополнительные цепи в Тихом океане были добавлены в послевоенное время. Всплеск строительства последовал за началом Корейской войны , включая новые сети в Японии и одну в Пусане , Корея. Цепи также были установлены в Китае до окончательного конца Китайской коммунистической революции , и эти станции оставались в эфире, по крайней мере, до 1990-х годов. Последнее крупное расширение произошло в Португалии и на Азорских островах в 1965 году, обеспечив дополнительное покрытие Средней Атлантики.

СС ЛОРАН

Во время первых экспериментов с небесными волнами ЛОРАНА Джек Пирс заметил, что ночью отражающий слой в ионосфере довольно стабилен. Это привело к возможности синхронизации двух станций LORAN с использованием сигналов небесной волны, по крайней мере, ночью, что позволило их разделить на гораздо большие расстояния. Точность гиперболической системы зависит от расстояния до базовой линии, поэтому, если бы станции можно было распределить, система стала бы более точной, поэтому для любой желаемой навигационной задачи потребовалось бы меньше станций.

Впервые испытательная система была опробована 10 апреля 1943 года между станциями ЛОРАН в Фенвике и Бонависте, на расстоянии 1100 миль (1800 км). Этот тест продемонстрировал точность ½ мили, что значительно лучше, чем у обычного LORAN. Это привело ко второму раунду испытаний в конце 1943 года, на этот раз с использованием четырех станций: Монтаук, Ист-Брюстер, Массачусетс , Крыжовник-Фолс, Миннесота , и Ки-Уэст, Флорида . Обширные оценочные полеты выявили среднюю ошибку в 1–2 мили (1,6–3,2 км).

Ночной режим работы идеально подходил бомбардировочному командованию Королевских ВВС . Четыре испытательные станции были демонтированы и отправлены через Атлантику. и переустановлены, чтобы сформировать две цепи: Абердин - Бизерта и Оран - Бенгази . Известная как Skywave-Synchronized LORAN или SS LORAN , система обеспечивала покрытие в любой точке к югу от Шотландии и на востоке до Польши со средней точностью в одну милю. Система была введена в эксплуатацию в октябре 1944 года, а к 1945 году она была повсеместно установлена ​​в 5-й группе RAF .

Та же самая базовая концепция была также протестирована после войны Береговой охраной в системе, известной как «Skywave Long Baseline LORAN». Единственная разница заключалась в выборе разных частот: 10,585 МГц днем ​​и 2 МГц ночью. Первые испытания были проведены в мае 1944 года между Чатемом, штат Массачусетс , и Фернандиной, штат Флорида , а вторые испытания были проведены между Хоуб-Саундом, штат Флорида , и Пойнт-Чинато, Пуэрто-Рико , в декабре – январе 1945–46 годов. Система не была введена в эксплуатацию из-за отсутствия подходящего распределения частот.

Лоран-Б и С

Основная статья: Лоран-С

ЛОРАН представлял собой простую систему, которая сравнивала время поступления импульсов для проведения измерений. В идеале на ЭЛТ должны отображаться прямоугольные точки идеальной формы, передний край которых можно было бы сравнить с высокой степенью точности. На практике передатчики не могут включаться и выключаться мгновенно, и из-за множества факторов возникающие всплески расплываются во времени, образуя огибающую . Резкость огибающей является функцией частоты, а это означает, что низкочастотные системы, такие как LORAN, всегда будут иметь более длинные огибающие с менее четко определенными точками начала и остановки и, следовательно, обычно имеют меньшую точность, чем высокочастотные системы, такие как Gee.

Существует совершенно другой способ выполнить то же измерение времени: не путем сравнения времени огибающих импульсов, а путем сравнения фазы сигналов . На самом деле это довольно легко выполнить с помощью простой электроники и отобразить непосредственно с помощью простой механической указки. Хитрость такой системы заключается в том, чтобы обеспечить фазовую когерентность первичной и вторичной станций, что было сложной задачей во время Второй мировой войны . Но, изолировав дорогостоящие части системы на нескольких радиовещательных станциях, навигационная система Decca, использующая этот метод, начала действовать в 1944 году, предлагая точность, аналогичную Gee, но с использованием недорогих механических дисплеев, которые к тому же были намного проще в использовании.

Недостатком системы сравнения фаз является то, что по непрерывному сигналу, такому как Decca, невозможно определить, какую часть сигнала вы измеряете. Вы можете сравнивать первый сигнал одной станции с первым сигналом другой, но второй сигнал выглядит идентично, и вместо этого оператор может выровнять эти две волны. Это приводит к проблеме, когда оператор может произвести точные измерения, но фактическое решение может находиться в самых разных местах. Эти местоположения разделены радиально вокруг станции, что означает, что точка может находиться в заданном радиальном направлении или на фиксированном расстоянии в обе стороны. Decca называла эти радиальные области «полосами» и использовала механическую систему, чтобы отслеживать, в какой из них находился приемник.

Объединив две концепции: синхронизацию огибающей и сравнение фаз, обе эти проблемы можно устранить. Поскольку сравнение фаз, как правило, более точно на низких частотах из-за особенностей электроники, получение точных исправлений будет основано на этом методе. Но вместо того, чтобы транслировать непрерывный сигнал, как в случае с Decca, сигнал будет в виде импульсов. Они будут использоваться для грубого исправления с использованием той же техники, что и Джи или ЛОРАН, для точного определения полосы движения. Единственной проблемой с точки зрения разработки будет выбор частот, которые позволят получить достаточно точные огибающие импульсов, сохраняя при этом измеримые формы сигналов внутри импульсов, а также разработку дисплеев, способных отображать как импульсы в целом, так и волны внутри них.

Эти концепции привели к экспериментам с низкочастотным LORAN в 1945 году, используя гораздо более низкую частоту - 180 кГц. Система с тремя передатчиками была установлена ​​на восточном побережье США с использованием длинных антенн, поддерживаемых воздушными шарами. Эксперименты показали, что неточность, присущая конструкции при работе на таких низких частотах, была слишком велика, чтобы быть полезной; Эксплуатационные факторы привели к ошибкам, которые превысили возможности. Тем не менее, три передатчика были переустановлены на севере Канады и Аляски для экспериментов по полярной навигации и проработали три года, пока снова не были отключены в марте 1950 года. Эти эксперименты продемонстрировали точность порядка 0,15 микросекунды, или около 50 метров (0,031 мили), что является большим достижением по сравнению с LORAN. Максимальная дальность действия составляла 1000 миль (1600 км) по суше и 1500 миль (2400 км) по морю. Используя согласование цикла, система продемонстрировала точность 160 футов (49 м) на расстоянии 750 миль (1210 км). Но также было обнаружено, что систему очень сложно использовать, и при измерениях по-прежнему возникала путаница в отношении того, какие циклы следует сопоставлять.

В этот же период ВВС США заинтересовались системой сверхвысокой точности для бомбардировки точных целей. Компания Raytheon выиграла контракт на разработку системы под названием «Cytac», которая использовала те же основные методы, что и LF LORAN, но включала значительную автоматизацию для внутренней обработки времени без вмешательства оператора. Это оказалось чрезвычайно успешным: в ходе испытательных запусков самолет оказался в пределах 10 ярдов от цели. Поскольку миссия изменилась с тактической бомбардировки ближнего радиуса действия на доставку ядерного оружия через полюс, (вновь сформированные) ВВС США потеряли интерес к этой концепции. Тем не менее, они продолжили эксперименты с оборудованием, адаптировав его для работы на частотах LF LORAN и переименовав его в «Циклан», снизив точность по сравнению с оригиналом, но обеспечив разумную точность порядка мили на значительно увеличенных расстояниях.

Военно-морской флот в этот период также экспериментировал с аналогичной концепцией, но использовал другой метод определения времени. Эта система, позже известная как Loran-B , столкнулась со значительными проблемами (как и другая система ВВС, Whyn , и аналогичная британская система, POPI ). В 1953 году ВМС взяли на себя управление системой «Цилан» и начали широкую серию исследований вплоть до Бразилии, продемонстрировав точность примерно до 100 метров (330 футов). Система была объявлена ​​работоспособной в 1957 году, а операции LORAN и Cyclan были переданы Береговой охране США в 1958 году. В то время оригинальный ЛОРАН стал Лоран-А. или стандартный ЛОРАН , и новой системой стал Loran-C .

Коммерческое использование,

Несмотря на значительно возросшую точность и простоту использования «Лоран-С», «Лоран-А» продолжал широко использоваться. Во многом это было обусловлено двумя важными факторами. Во-первых, электроника, необходимая для считывания сигнала Loran-C, была сложной, а в эпоху ламповой электроники физически очень большой, хрупкой и дорогой. Кроме того, по мере того как военные корабли и самолеты перешли с «Лоран-А» на «Лоран-С», старые приемники стали излишними. Эти старые устройства были раскуплены коммерческими рыбаками и другими пользователями, что позволило им широко использоваться.

Лоран-А продолжал совершенствоваться, поскольку приемники были транзисторными, а затем автоматизированными с использованием систем на базе микроконтроллеров , которые напрямую декодировали местоположение. К началу 1970-х годов такие агрегаты были относительно распространены, хотя и оставались относительно дорогими по сравнению с такими устройствами, как радиопеленгаторы . Совершенствование электроники в этот период было настолько быстрым, что прошло всего несколько лет, прежде чем устройства Loran-C аналогичного размера и стоимости стали доступны. Это привело к решению открыть Loran-C для гражданского использования в 1974 году.

К концу 1970-х годов Береговая охрана была в процессе отказа от Loran-A в пользу дополнительных цепей Loran-C. Сети на Алеутских островах и Гавайях закрылись 1 июля 1979 года, оставшиеся сети на Аляске и Западном побережье - 31 декабря 1979 года, а 31 декабря 1980 года - передатчики в Атлантике и Карибском бассейне. Несколько иностранных сетей как в Тихоокеанском, так и в Атлантическом океане последовали этому примеру, и к 1985 году большинство первоначальных сетей больше не работали. Японские системы оставались в эфире дольше, до 1991 года, обслуживая свой рыболовный флот. Китайские системы действовали до 1990-х годов, прежде чем их заменили более современными системами, и их девять цепей все еще значились как активные в томе 6 (издание 2000 года) Адмиралтейского списка радиосигналов .

Операция

Одна ветвь системы LORAN расположена вдоль «базовой линии» от станций A до B. В любой точке между этими станциями приемник будет измерять разницу во времени двух импульсов. Такая же задержка будет наблюдаться и во многих других местах гиперболической кривой. Навигационная карта, показывающая образец этих кривых, дает график, подобный этому изображению.

Основная концепция

Основная статья: гиперболическая навигация

Гиперболические навигационные системы можно разделить на два основных класса: те, которые вычисляют разницу во времени между двумя радиоимпульсами, и те, которые сравнивают разность фаз между двумя непрерывными сигналами. Чтобы проиллюстрировать основную концепцию, в этом разделе будет рассмотрен только импульсный метод.

Предположим, что два радиопередатчика расположены на расстоянии 300 километров (190 миль) друг от друга. Это означает, что радиосигналу от одного потребуется 1 миллисекунда , чтобы достичь другого. Одна из этих станций оснащена электронными часами, которые периодически посылают триггерный сигнал. Когда сигнал отправляется, эта станция, «основная», отправляет свою передачу. Через 1 мс этот сигнал поступает на вторую станцию, «вторичную». Эта станция оснащена приемником, и когда она видит прибытие сигнала от первичной станции, она запускает собственный передатчик. Это гарантирует, что первичный и вторичный устройства отправляют сигналы с разницей точно в 1 мс, при этом вторичному устройству не требуется собственный точный таймер или синхронизация своих часов с основным. На практике фиксированное время добавляется для учета задержек в электронике приемника.

Приемник, прослушивающий эти сигналы и отображающий их на осциллографе, увидит на дисплее серию «вспышек». Измерив расстояние между ними, можно рассчитать задержку между двумя сигналами. Например, приемник может измерить расстояние между двумя сигналами, чтобы определить задержку в 0,5 мс. Это означает, что разница в расстоянии до двух станций составляет 150 км. Существует бесконечное количество мест, где можно измерить эту задержку: 75 км от одной станции и 225 от другой, 150 км от одной и 300 км от другой и так далее.

При нанесении на карту совокупность возможных местоположений для любой заданной разницы во времени образует гиперболическую кривую. Набор кривых для всех возможных измеренных задержек образует набор изогнутых расходящихся линий с центром на линии между двумя станциями, известной как «базовая линия». Чтобы определить координаты, приемник выполняет два измерения на основе двух разных пар первичный/вторичный. Пересечения двух наборов кривых обычно приводят к двум возможным местам. Используя какую-либо другую форму навигации, , счисление пути , одну из этих возможных позиций можно исключить, тем самым обеспечив точное определение. например

Станции ЛОРАН

Сигнал от одного передатчика LORAN будет приниматься несколько раз с разных направлений. На этом изображении показана слабая земная волна, приходящая первой, затем сигналы после одного и двух прыжков за пределы слоя E ионосферы и, наконец, один и два прыжка за пределы слоя F. Чтобы отличить их друг от друга, требовались навыки оператора.

Станции LORAN были построены цепочками: одна основная и две второстепенные (минимум некоторые цепочки состояли из пяти станций), обычно разделенных примерно 600 милями (970 км). Каждая пара вещает на одной из четырех частот: 1,75, 1,85, 1,9 или 1,95 МГц (а также неиспользуемые 7,5 МГц). В любом конкретном месте было обычным явлением принимать более трех станций одновременно, поэтому требовались какие-то другие средства идентификации пар. Для этой задачи LORAN использовал изменение частоты повторения импульсов (PRF), при этом каждая станция отправляла строку из 40 импульсов со скоростью 33,3 или 25 импульсов в секунду.

Башня станции ЛОРАН на Песчаном острове атолла Джонстон , 1963 год.

Станции идентифицировались простым кодом с номером, обозначающим полосу частот, буквой, обозначающей частоту повторения импульсов, и номером станции в цепочке. Например, три станции на Гавайских островах были расположены в виде двух пар 2L 0 и 2L 1. Это указывало на то, что они работали на канале 2 (1,85 МГц), использовали низкую частоту повторения (25 Гц) и что две станции работали на канале 2 (1,85 МГц). станций использовали базовую частоту повторения, тогда как две другие (основная и третья станция) использовали частоту повторения 1. PRF можно регулировать от 25 до 25 и 7/16 для низкого уровня и от 33 1/3 до 34 1/9 для высокого. Эта система имела общую среднюю башню, которая вещала на обеих частотах.

В случае с Gee сигналы передавались напрямую от передатчика к приемнику, создавая чистый сигнал, который легко интерпретировать. При отображении на одной кривой ЭЛТ оператор увидит цепочку резких «всплесков»: сначала основной, затем один из вторичных, снова основной, а затем другой вторичный. ЭЛТ компании Gee были созданы для отображения двух кривых, и, настроив несколько схем задержки, оператор мог заставить первый первично-вторичный сигнал появляться на верхнем дисплее, а второй — на нижнем. Затем они могли бы одновременно измерить обе задержки.

Для сравнения, ЛОРАН был специально спроектирован так, чтобы можно было использовать небесные волны, и полученный в результате полученный сигнал был гораздо более сложным. Земная волна оставалась довольно резкой, но могла быть принята только на более коротких расстояниях и в основном использовалась в течение дня. Ночью от одного передатчика может быть получено до тридцати различных небесных волн, часто перекрывающихся во времени, создавая сложную схему отражения. Поскольку картина зависела от атмосферных условий между передатчиком и приемником, полученная картина была разной для двух станций. Можно получить небесную волну с двумя отражениями от одной станции одновременно с волной с тремя отражениями от другой, что затрудняет интерпретацию изображения.

Хотя ЛОРАН намеренно использовал тот же дисплей, что и Джи, чтобы использовать совместное оборудование, сигналы были настолько длиннее и сложнее, чем у Джи, что прямое измерение двух сигналов было просто невозможно. Даже первоначальный сигнал от основной станции был растянут во времени, при этом первоначальный сигнал земной волны был резким (если он был принят), в то время как прием небесной волны мог появиться в любом месте дисплея. Соответственно, оператор LORAN установил задержки так, чтобы первичный сигнал появлялся на одной трассе, а вторичный — на второй, что позволяло сравнивать сложные шаблоны. Это означало, что одновременно можно было провести только одно первичное/вторичное измерение; Чтобы произвести «фиксацию», всю процедуру измерений пришлось повторить второй раз с использованием другого набора станций. Типичное время измерения составляло от трех до пяти минут, что требовало от штурмана учета движения транспортного средства в течение этого времени.

Измерение

Первоначальным бортовым приемником был блок AN / APN-4 1943 года. Он физически был идентичен британскому комплекту Gee, состоящему из двух частей, и мог легко заменяться этими блоками. На основном блоке с дисплеем также разместилась большая часть органов управления. Общие операции начинались с выбора одной из девяти станций, обозначенных от 0 до 8, и установки скорости развертки на 1, самое низкое значение. Затем оператор использовал элементы управления интенсивностью и фокусом для точной настройки сигнала и обеспечения четкого изображения.

При самой низкой скорости развертки система также выдавала локальный сигнал, который подавался на дисплей и создавал четко выраженный «пьедестал» — прямоугольную форму, отображаемую вдоль двух кривых. Усиленный сигнал станций также появлялся на дисплее, сильно сжатый во времени, так что отображался в виде серии резких всплесков (вспышек). Поскольку сигнал повторялся, эти всплески появлялись много раз по ширине дисплея. Поскольку дисплей был настроен на развертку с частотой повторения импульсов выбранной пары станций, другие станции в этом районе с разной частотой повторения будут перемещаться по дисплею, в то время как выбранная останется неподвижной.

Используя переключатель «влево-вправо», оператор перемещал верхний пьедестал до тех пор, пока один из пиков сигнала не оказался в центре его, а затем перемещал пьедестал по нижней трассе, чтобы центрировать второй сигнал, используя грубую и точную регулировку задержки. Как только это было сделано, система была настроена на скорость развертки 2, что ускорило трассировку так, что участок, очерченный пьедесталами, заполнил всю трассу. Этот процесс повторялся на скорости развертки 3, после чего на экране была видна только выбранная часть сигнала. Переход на скорость развертки 4 не изменил временные параметры, а вместо этого наложил сигналы на одну трассу, чтобы можно было выполнить окончательную настройку с использованием регуляторов усиления и баланса усилителя. Целью было идеально совместить две трассы.

В этот момент начинается измерение. Оператор переключается на скорость развертки 5, что возвращает к отображению двух разделенных кривых, при этом сигналы инвертируются и работают с более низкой скоростью развертки, так что на трассах появляются множественные повторения сигнала. К сигналу добавляется электронная шкала, создаваемая генератором временной развертки , вызывающая появление серии маленьких точек поверх инвертированных исходных сигналов. При настройке 5 точки на шкале обозначают разницу в 10 микросекунд, и оператор измеряет расстояние между позициями. Это повторяется для настройки 6 на 50 микросекунд и снова для настройки 7 на 500 микросекунд. Разница, измеренная при каждой из этих настроек, затем суммируется для получения общей задержки между двумя сигналами. Затем вся эта процедура повторялась для второго первично-вторичного набора, часто второго набора той же цепочки, но не всегда.

Приемные устройства со временем значительно усовершенствовались. AN/APN-4 был быстро вытеснен AN/APN-9 1945 года, универсальным устройством, сочетающим в себе приемник и дисплей значительно уменьшенного веса.

Дальность и точность

В течение дня ионосфера лишь слабо отражает коротковолновые сигналы, и ЛОРАН можно было использовать на расстоянии 500–700 морских миль (930–1300 км) с использованием земных волн. Ночью эти сигналы подавлялись, и дальность действия падала до 350–500 морских миль (650–930 км). Ночью небесные волны стали полезны для измерений, что увеличило эффективную дальность действия до 1200–1400 морских миль (2200–2600 км).

На больших расстояниях гиперболические линии напоминают прямые линии, исходящие из центра базовой линии. Когда рассматриваются два таких сигнала из одной цепочки, результирующий рисунок линий становится все более параллельным, поскольку расстояние до базовой линии становится меньше по сравнению с диапазоном. Таким образом, на коротких дистанциях линии пересекаются под углом, близким к 90 градусам, и этот угол постепенно уменьшается с увеличением дальности. Поскольку точность определения зависит от угла пересечения, все гиперболические навигационные системы становятся все более неточными с увеличением дальности.

Более того, сложная серия принятых сигналов значительно запутала чтение сигнала ЛОРАНа, требуя некоторой интерпретации. Точность в большей степени зависела от качества сигнала и опыта оператора, чем от каких-либо фундаментальных ограничений оборудования или сигналов. Единственный способ выразить точность — это измерить ее на практике; Средняя точность на маршруте из Японии в Тиниан, расстояние 1400 миль (2300 км), составила 28 миль (45 км), 2% дальности.

AT и Mobile LORAN

AT LORAN, что означает «Air Transportable», представлял собой легкий передатчик LORAN, который можно было быстро настроить по мере движения фронта. Операции были идентичны «обычному» ЛОРАНУ, но часто предполагалось, что карты не будут доступны и их придется готовить в полевых условиях. Mobile LORAN представлял собой еще одну легкую систему, монтируемую на грузовиках.

Ссылки

Библиография

• Бланшар, Уолтер (сентябрь 1991 г.). «Гиперболические бортовые радионавигационные средства». Журнал навигации . 44 (3). .
  Proc 2012 представляет собой модифицированную версию настоящего документа.
• Кук, СМ; и др. (1945), «Тактическое использование радаров в самолетах» , Бюллетень по радиолокации, № 2 А , Вашингтон, округ Колумбия: Военно-морское ведомство .
• Денни, Марк (2012), Наука навигации: от точного счисления к GPS , Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, ISBN  978-1-4214-0512-4 .
• Дикинсон, Уильям Т. (1959), Инженерная оценка навигационной системы LORAN – C (PDF) , Вашингтон, округ Колумбия: Янски и Бейли / Береговая охрана США.
• Дикинсон, Уильям Т. (1962), Система навигации LORAN-C (PDF) , Вашингтон, округ Колумбия: Янски и Бейли, заархивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2013 г. , получено 15 апреля 2014 г.
• Хей, доктор медицинских наук (1960), «Ну и дела, AMES Type 7000», Учебник по радиосвязи, том 7, Методы радиолокации, Министерство авиации AP3214 (7) , стр. 242–249.
• Хэлфорд, Дж. Х.; Дэвидсон, Д.; Вальдшмитт, Дж. А. (1948), «История ЛОРАНА» (PDF) , в Пирсе, Дж. А.; Маккензи, А.А.; Вудворд, Р.Х. (ред.), ЛОРАН: Дальняя навигация , Нью-Йорк: McGraw Hill, стр. 19–51.
• Хефли, Гиффорд (1972), Разработка системы навигации и синхронизации Loran-C , Монография NBS 129, Боулдер, Колорадо: Национальное бюро стандартов США, hdl : 2027/mdp.39015006077989 .
• Хелфрик, Альберт (2012). Принципы авионики (7-е изд.). Лисбург, Вирджиния: Авиационная связь. ISBN  978-1-885544-27-8 . .
• Холлистер, Джейн (август 1978 г.). «Сводки новостей». Катание на лодках . 44 (2):10, Н4ф.
• МакЭлрой, Гил (2004), «История Лорана-C» , в Проке, Джерри (ред.), Гиперболические радионавигационные системы , Этобико, Онтарио. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) .
• Пэрротт, Д'Арси Грант (декабрь 1944 г.), «Лоран, Том 1: Ранняя электронная история», Береговая охрана на войне, Том. IV , Вашингтон, округ Колумбия: Береговая охрана США, архивировано с оригинала 16 апреля 2014 г. {{citation}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
• Петерсон, Бенджамин Б. (2005), «Электронные навигационные системы», в Уитакере, Джерри К. (редактор), Справочник по электронике (2-е изд.), Tailor & Francisco/IEEE Press, стр. 1847–1877, ISBN  0-8493-1889-0
• Пирс, Джон Элвин (1948), «Электронные средства навигации», в Мартоне, Ладиславе (редактор), « Достижения в области электроники и электронной физики», Vol. 1 , Нью-Йорк: Academic Press, стр. 425–451, номер документа : 10.1016/S0065-2539(08)61098-7 , ISBN.  0-12-014501-4
• Прок, Джерри (2012), «Лоран-А» , Гиперболические радионавигационные системы , Этобико, Онтарио, заархивировано из оригинала 5 августа 2009 г. , получено 15 апреля 2014 г. {{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) .
• Санд, Стефан; Дамманн, Армин; Менсинг, Кристиан (2004), Позиционирование в системах беспроводной связи , Хобокен: John Wiley & Sons, ISBN  1-118-69409-0

Дальнейшее чтение

• Инструкция по эксплуатации радиолокационной установки AN/APN-9" , ВМС США, 1944 г.

Внешние ссылки

• LORAN-History.info