LORAN ( Long Range Navigation ) [a] fue 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 alcance mejorado de hasta 1500 millas (2400 km) con una precisión de decenas de millas. Primero se utilizó para convoyes de barcos que cruzaban el océano Atlántico y luego por 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). Esto limitaba su uso a los militares y a los grandes usuarios comerciales. Los receptores automáticos 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 EE. UU. comenzó a desarrollar Loran-B , que ofrecía una precisión del orden de unas pocas decenas de pies, pero se topó con importantes problemas técnicos. La Fuerza Aérea de los EE. UU. trabajó en un concepto diferente, Cyclan, que la Marina adoptó como Loran-C , que ofrecía un alcance mayor que LORAN y una precisión de cientos de pies. La Guardia Costera de los EE. UU. se hizo cargo de 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 medida a la gran cantidad de unidades Loran-A sobrantes liberadas por la Armada a medida que los barcos y aviones reemplazaban sus equipos con Loran-C. La introducción generalizada de microelectrónica económica durante la década de 1960 hizo que los receptores Loran-C cayeran drásticamente de precio, y el uso de Loran-A comenzó a declinar rápidamente. Loran-A fue desmantelado a principios de la década de 1970; permaneció activo en América del Norte hasta 1980 y en el resto del mundo hasta 1985. Una cadena japonesa permaneció en antena hasta el 9 de mayo de 1997, y una cadena china todavía figuraba como activa en 2000. [actualizar][ cita requerida ]
Loran-A utilizaba dos bandas de frecuencia, a 1,85 y 1,95 MHz. Estas mismas frecuencias eran utilizadas por radioaficionados , en la banda de 160 metros de radioaficionados , [2] y los operadores aficionados estaban sujetos a reglas estrictas 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 máximos de 200 a 500 vatios durante el día y de 50 a 200 vatios por la noche. [3]
La "Ley Nacional de Seguridad y Resiliencia Temporal" de 2017 propuso reutilizar los bienes raíces y el espectro de radio de LORAN para un nuevo sistema de navegación terrestre como respaldo para los Estados Unidos en caso de una interrupción del GPS causada por el clima espacial o un ataque. [4] [5] Se ha propuesto a eLoran como una tecnología viable, que ya está siendo utilizada por otros países.
En una reunión del 1 de octubre de 1940 del Comité Técnico del Cuerpo de Señales del Ejército de los EE. UU., Alfred Loomis , presidente del Comité de Microondas del Comité de Investigación de Defensa Nacional , propuso construir un sistema de navegación hiperbólico. Predijo que un sistema de este tipo podría proporcionar una precisión de al menos 1000 pies (300 m) a una distancia de 200 millas (320 km), y un alcance máximo de 300-500 millas (480-800 km) para aeronaves de alto vuelo. Esto condujo a la especificación "Equipo de navegación de precisión para guiar aviones", que se envió de vuelta al Comité de Microondas y se formó como "Proyecto 3". [6] [b] Los pedidos de 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. Afirmó que estaba al tanto de un trabajo similar en el Reino Unido, pero no sabía lo suficiente sobre él como para ofrecer sugerencias. [7]
El Proyecto 3 se trasladó al recién formado Grupo de Navegación del Laboratorio de Radiación en 1941. [8] Los primeros sistemas operaban alrededor de 30 MHz, pero más tarde se decidió probar experimentos con diferentes equipos que pudieran sintonizarse de 3 a 8 MHz. [8] Se descubrió que estos sistemas de frecuencia más baja eran mucho más estables electrónicamente. Después de considerar primero la instalación de transmisores en picos de montañas, el equipo se decidió en cambio por dos estaciones de la Guardia Costera abandonadas en Montauk Point , Nueva York, y Fenwick Island, Delaware . [9] 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 en lugares tan lejanos como Springfield, Missouri . [8]
Para un sistema de producción, el equipo comenzó a trabajar con un sistema que utilizaba una pantalla circular J-scope para mejorar la precisión. El A-scope más común representa distancias a lo largo del diámetro del tubo, mientras que el J-scope presenta esto como el ángulo alrededor de la cara del tubo de rayos catódicos . [10] Esto aumenta la cantidad de espacio en la escala por un factor de π para cualquier tamaño de pantalla dado, mejorando la precisión. A pesar de utilizar el J-scope y adoptar el cambio de frecuencia más bajo para una mayor estabilidad, el equipo encontró que las mediciones precisas de rango eran bastante difíciles. En ese momento, el procedimiento para generar pulsos nítidos de señales estaba en su infancia y sus señales estaban considerablemente dispersas en el tiempo, lo que dificultaba las mediciones. [6]
En ese momento, el equipo ya se había enterado de los esfuerzos del Reino Unido por desarrollar el sistema Gee y sabía que este utilizaba un sistema de luces estroboscópicas generadas electrónicamente que producían pitidos en la pantalla que se alineaban con precisión con la sincronización del sistema. Enviaron un equipo al Reino Unido para que aprendiera sobre el concepto de las luces estroboscópicas y lo adoptaron de inmediato para su trabajo. Como parte de este intercambio, el equipo del Proyecto 3 también descubrió que el sistema Gee era casi idéntico al suyo en cuanto a concepto y rendimiento deseado. A diferencia de su sistema, el Gee había completado en gran medida el desarrollo y estaba pasando a la producción. Se tomó la decisión de abandonar los esfuerzos actuales, [11] utilizar el Gee en su propia aeronave y volver a desarrollar su sistema para el papel de largo alcance. [12]
La decisión de cambiar al papel 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 un funcionamiento más allá del 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). La banda de 7,5 MHz, etiquetada como "HF" en los primeros receptores, nunca se utilizó operativamente. [12]
A mediados de 1942, Robert Dippy, el principal desarrollador 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 Armada de los EE. UU., y se estaban concentrando por completo en un sistema a bordo de un barco. Dippy los convenció de que definitivamente era posible una versión aerotransportada, lo que provocó cierto interés por parte de la Fuerza Aérea del Ejército de los EE. UU . . La Armada 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 ellos, exigió abiertamente que los receptores LORAN aerotransportados se construyeran físicamente similares a los receptores Gee, de modo que pudieran intercambiarse en servicio simplemente reemplazando la unidad receptora. Esto resultaría extremadamente útil; los aviones del Mando de Transporte de la RAF podrían intercambiar sus receptores cuando se movieran hacia o desde el teatro australiano . Dippy también diseñó el equipo de sincronización de la estación terrestre. [12]
Fue en esa época cuando tanto la Guardia Costera de los Estados Unidos como la Marina Real Canadiense se unieron al proyecto . El proyecto todavía era alto secreto en ese momento, y se compartió poca información real, especialmente con la Guardia Costera. [13] Se requirió el enlace canadiense, ya que la ubicación ideal para 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 cuya esposa dominante y abstemia estaba decidida a no tener nada que ver con los pecadores hombres de la Marina. Cuando el comité de selección del sitio de JA Waldschmitt y el teniente comandante Argyle estaban discutiendo el asunto con el esposo, llegó un tercer visitante y les ofreció cigarrillos a los hombres. Ellos se negaron, y la anfitriona les preguntó si bebían. Cuando dijeron que no, la tierra fue asegurada rápidamente. [14]
LORAN pronto estuvo listo para su despliegue, y la primera cadena entró en funcionamiento en junio de 1942 en Montauk y Fenwick. A esta se unieron poco después dos estaciones en Terranova , en Bonavista y Battle Harbour , y luego dos estaciones en Nueva Escocia, en Baccaro y Deming Island. [15] Se instalaron estaciones adicionales a lo largo de la costa este de EE. UU. 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 , que ofrecían cobertura continua en todo el Atlántico Norte. El Comando Costero de la RAF tenía otra estación instalada en Shetland , que ofrecía cobertura sobre Noruega, un importante punto de preparación para los submarinos y buques capitales alemanes. [12]
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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 que ofrecía LORAN permitió a los aviones reducir la cantidad de combustible adicional que de otro modo tendrían que llevar para asegurarse de poder 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. [12]
En la era de posguerra se añadieron más cadenas en el Pacífico. Tras el inicio de la Guerra de Corea , se produjo un aumento repentino de la construcción , 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 antena al menos hasta la década de 1990. En 1965 se produjo una importante expansión final en Portugal y las Azores, ofreciendo cobertura adicional al Atlántico medio. [3]
Durante los primeros experimentos con las ondas ionosféricas de LORAN, Jack Pierce se dio cuenta de que, por la noche, la capa reflectante de la ionosfera era bastante estable. Esto dio lugar a la posibilidad de que dos estaciones LORAN pudieran sincronizarse utilizando señales de ondas ionosféricas, al menos por la noche, lo que les permitiría estar separadas a distancias mucho mayores. La precisión de un sistema hiperbólico es una función de la distancia de referencia, por lo que si las estaciones pudieran estar esparcidas, el sistema sería más preciso y se necesitarían menos estaciones para cualquier tarea de navegación deseada. [16]
El 10 de abril de 1943 se realizó un primer intento de prueba del sistema entre las estaciones LORAN de Fenwick y Bonavista, a 1.800 km de distancia. Esta prueba demostró una precisión de ½ milla, significativamente mejor que la LORAN normal. Esto condujo a una segunda ronda de pruebas a finales de 1943, esta vez utilizando cuatro estaciones, Montauk, East Brewster, Massachusetts , Gooseberry Falls, Minnesota, [17] y Key West, Florida . Los extensos vuelos de evaluación revelaron un error promedio de 1 a 2 millas (1,6 a 3,2 km). [18] [16]
El modo de operación nocturno era perfecto para el Mando de Bombardeo de la RAF . Las cuatro estaciones de prueba fueron desmanteladas y enviadas a través del Atlántico, [18] y reinstaladas para formar dos cadenas, Aberdeen - Bizerta y Orán - Bengasi . Conocido como Skywave-Synchronized LORAN , o SS LORAN , el sistema proporcionaba 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 . [19]
El mismo concepto básico fue probado también después de la guerra 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 durante el día y 2 MHz durante 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. [18]
LORAN era un sistema simple que comparaba los tiempos de llegada de los pulsos para hacer una medición. Lo ideal sería que se mostraran en el CRT blips rectangulares perfectamente formados, cuyo borde de ataque pudiera 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 blips resultantes se distribuyen en el tiempo, formando una envolvente . La nitidez de la envolvente es una función de la frecuencia, lo que significa que los sistemas de frecuencia más baja como LORAN siempre tendrán envolventes más largas con puntos de inicio y fin menos definidos y, por lo tanto, generalmente tienen menos precisión que los sistemas de frecuencia más alta como Gee. [20]
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. Esto es realmente bastante fácil de realizar utilizando electrónica simple y se puede mostrar directamente utilizando un simple puntero mecánico. El truco de un sistema de este tipo es asegurar 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 entró en funcionamiento en 1944, ofreciendo una precisión similar a Gee pero utilizando pantallas mecánicas de bajo costo que también eran mucho más fáciles de usar. [21]
La desventaja del sistema de comparación de fases es que no es posible saber a partir de una señal de onda continua, como la de Decca, qué parte de la señal se está midiendo. Se podría comparar 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 el punto de referencia real puede estar en una amplia variedad de ubicaciones. Estas ubicaciones están separadas radialmente alrededor de la estación, lo que significa que un punto de referencia puede estar dentro de una dirección radial dada o a una distancia fija a cada 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. [21]
Combinando los dos conceptos, la sincronización de la envolvente y la 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, la toma de correcciones precisas se basaría en esta técnica. Pero en lugar de transmitir una señal continua, como en el caso de Decca, la señal estaría en forma de pulsos. Estos se utilizarían para hacer una corrección aproximada utilizando 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 y al mismo tiempo tener formas de onda mensurables dentro de los pulsos, así como desarrollar pantallas capaces de mostrar tanto los pulsos como un todo, 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 los EE. UU. utilizando antenas largas sostenidas por globos. Los experimentos demostraron que la inexactitud inherente al diseño al trabajar en frecuencias tan bajas era simplemente demasiado grande para ser útil; los factores operativos introdujeron errores que sobrepasaron las capacidades. Sin embargo, los tres transmisores se reinstalaron en el norte de Canadá y Alaska para experimentos en navegación polar, y funcionaron durante tres años hasta que se apagaron nuevamente en marzo de 1950. [22] Estos experimentos demostraron una precisión del orden de 0,15 microsegundos, o aproximadamente 50 metros (0,031 mi), un gran avance sobre LORAN. El alcance máximo utilizable fue de 1000 millas (1600 km) sobre tierra y 1500 millas (2400 km) en el mar. Mediante el uso de la correspondencia de ciclos, el sistema demostró una precisión de 160 pies (49 m) a 750 millas (1210 km). [22] Pero también se descubrió que el sistema era muy difícil de usar y las mediciones seguían estando sujetas a confusión sobre qué ciclos debían coincidir. [23]
Durante este mismo período, la Fuerza Aérea del Ejército de los EE. UU. se interesó en un sistema de altísima precisión para bombardear objetivos precisos. Raytheon ganó un contrato para desarrollar un sistema llamado "Cytac", que utilizaba las mismas técnicas básicas que el LF LORAN, pero incluía una considerable automatización para manejar la sincronización internamente sin la intervención del operador. Esto resultó ser extremadamente exitoso, con pruebas que colocaron el avión a 10 yardas del objetivo. A medida que la misión cambió de bombardeo táctico de corto alcance a lanzamiento nuclear sobre el polo, la (recién formada) Fuerza Aérea de los EE. UU. perdió interés en el concepto. Sin embargo, continuaron experimentando con el equipo después de adaptarlo para que funcionara en frecuencias LF LORAN y renombrarlo "Cyclan", reduciendo la precisión en comparación con el original, pero proporcionando una precisión razonable del orden de una milla a distancias mucho mayores. [2]
La Armada también había estado experimentando con un concepto similar durante este período, pero utilizando un método diferente para extraer la sincronización. Este sistema, más tarde conocido como Loran-B , se topó con problemas importantes (al igual que otro sistema de la Fuerza Aérea, Whyn y un sistema británico similar, POPI ). [24] En 1953, la Armada se hizo cargo del sistema Cyclan y comenzó una amplia serie de estudios que llegaron hasta Brasil, demostrando una precisión de unos 100 metros (330 pies). El sistema se declaró operativo en 1957, y las operaciones de LORAN y Cyclan fueron entregadas a la Guardia Costera de los EE. UU. en 1958. [21] En ese momento, el LORAN original se convirtió en Loran-A [25] o LORAN estándar , [26] y el nuevo sistema se convirtió en Loran-C . [c]
A pesar de la gran mejora en la precisión y facilidad de uso del Loran-C, el Loran-A siguió utilizándose ampliamente. Esto se debió en gran medida a dos factores importantes. Uno de ellos fue que la electrónica necesaria para leer una señal 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 pasaron del Loran-A al Loran-C, los receptores más antiguos se convirtieron en excedentes. Estas unidades más antiguas fueron adquiridas por pescadores comerciales y otros usuarios, lo que permitió que se mantuviera en servicio generalizado. [27]
El Loran-A siguió mejorando a medida que los receptores se transistorizaban y luego se automatizaban 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 durante 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. [28]
A finales de la década de 1970, la Guardia Costera estaba en medio de la eliminación gradual de Loran-A a favor de cadenas adicionales de Loran-C. Las cadenas de las islas Aleutianas y Hawai cerraron el 1 de julio de 1979, las cadenas restantes de Alaska y la Costa Oeste el 31 de diciembre de 1979, seguidas por los transmisores del Atlántico y el Caribe el 31 de diciembre de 1980. [29] 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 durante más tiempo, hasta 1991, dando servicio a su flota pesquera. Los sistemas chinos estuvieron activos hasta la década de 1990 antes de su reemplazo 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 .
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, en esta sección se considerará únicamente el método de pulsos.
Consideremos dos transmisores de radio ubicados a una distancia de 300 kilómetros (190 millas) uno del otro, lo que significa que la señal de radio de uno tardará 1 milisegundo en 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 "principal", 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 de la principal, activa su propio transmisor. Esto garantiza que la principal y la secundaria envíen señales con una diferencia de 1 ms, sin que la secundaria necesite un temporizador preciso propio o sincronizar su reloj con la principal. En la práctica, se agrega un tiempo fijo para tener en cuenta los retrasos en la electrónica del receptor. [30]
Un receptor que escuche estas señales y las muestre en un osciloscopio verá una serie de "blips" en la pantalla. Midiendo la distancia entre ellos, se puede calcular el retraso entre las dos señales. Por ejemplo, un receptor podría medir la distancia entre los dos blips 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. [30]
Cuando se traza en un gráfico, el conjunto de posibles ubicaciones para cualquier diferencia horaria dada forma una curva hiperbólica. El conjunto de curvas para todos los posibles retrasos medidos forma un conjunto de líneas curvas radiales, centradas en la línea entre las dos estaciones, conocida como la "línea de base". [30] Para tomar una posición, el receptor toma dos mediciones 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, por ejemplo la navegación a estima , se puede eliminar una de estas posibles posiciones, proporcionando así una posición exacta. [31]
Las estaciones LORAN se construían en cadenas, una primaria y dos secundarias (como mínimo, algunas cadenas estaban constituidas por hasta cinco estaciones) separadas por unas 600 millas (970 km). Cada par transmitía en una de 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 la variación de 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. [12]
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Las estaciones se identificaban con un código simple, con un número que indicaba la banda de frecuencia, una letra para la frecuencia de repetición de pulsos 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 indicaba que estaban en el canal 2 (1,85 MHz), utilizaban la frecuencia de repetición "L" baja (25 Hz) y que dos de las estaciones estaban en la frecuencia de repetición base, mientras que las otras dos (la estación principal y la tercera) utilizaban la frecuencia de repetición 1. [32] La frecuencia de repetición de pulsos se podía ajustar de 25 a 25 y 7/16 para baja, y de 33 1/3 a 34 1/9 para alta. Este sistema compartía la torre central, que transmitía en ambas frecuencias. [33]
En el caso de Gee, las señales iban directamente del transmisor al receptor, lo que producía una señal limpia y fácil de interpretar. Si se mostraban en una sola traza del tubo de rayos catódicos, el operador veía una serie de "blips" nítidos: primero el primario, luego uno de los secundarios, el primario de nuevo y luego el otro secundario. Los tubos de rayos catódicos de Gee se construyeron para poder mostrar dos trazas y, al ajustar 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, podían tomar una medida de ambos retardos al mismo tiempo. [12]
En comparación, LORAN fue diseñado deliberadamente para permitir el uso de ondas ionosféricas, y la señal recibida resultante era mucho más compleja. La onda terrestre se mantuvo bastante nítida, pero solo se podía recibir a distancias más cortas y se usaba principalmente durante el día. Por la noche, se podían recibir hasta treinta ondas ionosféricas 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 era diferente para las dos estaciones. Se podía recibir una onda ionosférica de dos rebotes de una estación al mismo tiempo que una onda de tres rebotes de otra, lo que dificultaba bastante la interpretación de la pantalla. [16]
Aunque LORAN utilizó deliberadamente la misma pantalla que Gee para compartir el equipo, las señales eran mucho más largas y complejas que las de Gee, por lo que la medición directa de las dos señales simplemente no era posible. Incluso la señal inicial de la estación primaria se distribuía en el tiempo, siendo nítida la señal de onda terrestre inicial (si se recibía), mientras que las recepciones de onda ionosférica podían aparecer en cualquier parte de la pantalla. En consecuencia, el operador de LORAN estableció los retrasos de modo que la señal primaria apareciera en una traza y la secundaria en la segunda, lo que permitió 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 tenía que repetirse una segunda vez utilizando un conjunto diferente de estaciones. Los tiempos de medición típicos eran del orden de tres a cinco minutos, lo que requería que el navegante tuviera en cuenta el movimiento del vehículo durante este tiempo. [12] [34]
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 la pantalla también albergaba la mayoría de los controles. La operación general comenzaba seleccionando una de las nueve estaciones, etiquetadas del 0 al 8, y estableciendo la velocidad de barrido en 1, el ajuste más bajo. Luego, el operador usaba los controles de intensidad y enfoque para ajustar la señal y proporcionar una visualización nítida. [35]
A la velocidad de barrido más baja, el sistema también producía una señal local que se introducía en la pantalla y producía un "pedestal" claramente definido, una forma rectangular que se mostraba a lo largo de las dos trazas. [e] La señal amplificada de las estaciones también aparecía en la pantalla, muy comprimida en el tiempo, de modo que se mostraba como una serie de picos agudos (blips). A medida que la señal se repetía, estos picos aparecían muchas veces a lo ancho de la pantalla. Debido a que la pantalla estaba configurada para realizar un barrido a la frecuencia de repetición de pulsos del par de estaciones seleccionadas, otras estaciones en el área, a diferentes frecuencias de repetición, se moverían a lo largo de la pantalla mientras que la seleccionada permanecería estacionaria. [36]
Utilizando 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 movería el pedestal en la pista inferior para centrar una segunda señal utilizando controles de retardo grueso y fino. Una vez hecho esto, el sistema se ajustó a la velocidad de barrido 2, que aceleró las pistas de modo que la sección delineada por los pedestales llenaba toda la pista. 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. Pasar a la velocidad de barrido 4 no cambió la sincronización, sino que superpuso las señales en una sola pista para que pudiera realizarse la sintonización final, utilizando los controles de ganancia y balance del amplificador. El objetivo era alinear perfectamente las dos pistas. [37]
En ese punto, comienza la medición. El operador cambia a la velocidad de barrido 5, que vuelve a una pantalla con dos trazas separadas, con las señales invertidas y funcionando a una velocidad de barrido menor para que aparezcan múltiples repeticiones de la señal en las trazas. Mezclada con la señal hay una escala electrónica producida en un generador de base de tiempo , lo que hace que aparezca una serie de pequeños puntos sobre las señales originales ahora invertidas. En el ajuste 5, los puntos en la escala representan diferencias de 10 microsegundos y el operador mide la distancia entre las posiciones. Esto se repite para el ajuste 6 a 50 microsegundos y nuevamente en el ajuste 7 a 500 microsegundos. La diferencia medida en cada uno de estos ajustes se suma luego para producir el retraso total entre las dos señales. [37] Luego, todo este procedimiento se repitió 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. La AN/APN-4 fue rápidamente suplantada por la AN/APN-9 de 1945, una unidad todo en uno que combinaba el receptor y la pantalla con un peso muy reducido. [3]
Durante el día, la ionosfera refleja débilmente las señales de onda corta, y LORAN era utilizable 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 ionosféricas se volvieron útiles para las mediciones, lo que extendió el alcance efectivo a 1.200–1.400 millas náuticas (2.200–2.600 km). [34]
A grandes distancias, las líneas hiperbólicas se aproximan a líneas rectas que irradian desde el centro de la línea base. Cuando se consideran dos señales de este tipo de una sola cadena, el patrón resultante de líneas se vuelve cada vez más paralelo a medida que la distancia de la línea base se hace más pequeña en comparación con el alcance. 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 localización depende del ángulo de cruce, todos los sistemas de navegación hiperbólica se vuelven cada vez más imprecisos a medida que aumenta el alcance. [38]
Además, la compleja serie de señales recibidas confundía considerablemente la lectura de la señal LORAN, por lo que requería cierta interpretación. La precisión era más una cuestión de calidad de la señal y de experiencia del operador que de cualquier límite fundamental del equipo o de las señales. La única forma de expresar la precisión era midiéndola en la práctica; la precisión media en la ruta de Japón a Tinian, una distancia de 1.400 millas (2.300 km), era de 28 millas (45 km), el 2% del alcance. [3]
AT LORAN, por "Air Transportable", era un transmisor LORAN liviano que podía instalarse rápidamente a medida que el frente se movía. Las operaciones eran idénticas a las del LORAN "normal", pero a menudo se asumía que no habría mapas disponibles y que tendrían que prepararse en el campo. Mobile LORAN era otro sistema liviano, montado sobre camiones. [32]
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