Loran-C es un sistema de navegación por radio hiperbólico que permite a un receptor determinar su posición escuchando señales de radio de baja frecuencia transmitidas por radiobalizas terrestres fijas . Loran-C combinaba dos técnicas diferentes para proporcionar una señal de largo alcance y alta precisión, características que hasta entonces eran incompatibles. Su desventaja era el alto costo del equipo necesario para interpretar las señales, lo que significó que Loran-C fuera utilizado principalmente por militares después de su introducción en 1957.
En la década de 1970, el costo, el peso y el tamaño de la electrónica necesaria para implementar Loran-C se habían reducido drásticamente debido a la introducción de la electrónica de estado sólido y, desde mediados de la década de 1970, los primeros microcontroladores para procesar la señal. Las unidades Loran-C de bajo costo y fáciles de usar se volvieron comunes a fines de la década de 1970, especialmente a principios de la década de 1980, y el sistema LORAN [a] anterior se suspendió a favor de la instalación de más estaciones Loran-C en todo el mundo. Loran-C se convirtió en uno de los sistemas de navegación más comunes y ampliamente utilizados para grandes áreas de América del Norte, Europa, Japón y todas las áreas del Atlántico y el Pacífico. La Unión Soviética operaba un sistema casi idéntico, CHAYKA .
La introducción de la navegación por satélite civil en la década de 1990 provocó una rápida caída en el uso de Loran-C. Las discusiones sobre el futuro de Loran-C comenzaron en la década de 1990; se anunciaron varias fechas de apagado y luego se cancelaron. En 2010, los sistemas de EE. UU. y Canadá se cerraron, junto con las estaciones Loran-C/CHAYKA que se compartían con Rusia. [2] [3] Varias otras cadenas permanecieron activas; algunas se actualizaron para su uso continuo. A fines de 2015, las cadenas de navegación en la mayor parte de Europa se apagaron. [4] En diciembre de 2015, en los Estados Unidos, también hubo un nuevo debate sobre la financiación de un sistema eLoran , [5] y el NIST ofreció financiar el desarrollo de un receptor eLoran del tamaño de un microchip para la distribución de señales de sincronización. [6]
La Ley Nacional de Resiliencia y Seguridad Temporal de 2017 propuso resucitar a Loran como respaldo para los Estados Unidos en caso de una interrupción del GPS causada por el clima espacial o un ataque. [7] [8]
El LORAN original fue propuesto en 1940 por Alfred Lee Loomis en una reunión del Comité de Microondas del Ejército de los EE. UU. El Cuerpo Aéreo del Ejército estaba interesado en el concepto para la navegación aérea y, después de un debate, devolvieron la exigencia de un sistema que ofreciera una precisión de aproximadamente 1 milla (1,6 km) a un alcance de 200 millas (320 km), y un alcance máximo de hasta 500 millas (800 km) para aeronaves que vuelen a gran altura. El Comité de Microondas, en ese momento organizado en lo que se convertiría en el Laboratorio de Radiación del MIT , asumió el desarrollo como Proyecto 3. Durante las reuniones iniciales, un miembro del equipo de enlace del Reino Unido, Taffy Bowen , mencionó que sabía que los británicos también estaban trabajando en un concepto similar, pero no tenían información sobre su rendimiento. [9]
El equipo de desarrollo, dirigido por Loomis, avanzó rápidamente en el diseño del transmisor y probó varios sistemas durante 1940 antes de decidirse por un diseño de 3 MHz. Se realizaron extensas mediciones de la intensidad de la señal montando un receptor de radio convencional en una camioneta y conduciendo por los estados del este. [10] Sin embargo, el diseño personalizado del receptor y sus pantallas de tubo de rayos catódicos asociadas demostraron ser un problema mayor. A pesar de varios esfuerzos para diseñar en torno al problema, la inestabilidad en la pantalla impidió mediciones precisas a medida que la salida se desplazaba de un lado a otro en la cara del osciloscopio. [11]
En ese momento, el equipo ya se había familiarizado mucho más con el sistema británico Gee y conocían su trabajo relacionado con los "strobes", un generador de base de tiempo que producía "pips" bien posicionados en la pantalla que podían usarse para realizar mediciones precisas. Esto significaba que la inexactitud del posicionamiento en la pantalla no tenía efecto: cualquier inexactitud en la posición de la señal también se reflejaba en el estroboscopio, por lo que los dos permanecían alineados. El equipo del Proyecto 3 se reunió con el equipo de Gee en 1941 y adoptó inmediatamente esta solución. Esta reunión también reveló que el Proyecto 3 y el Gee requerían sistemas casi idénticos, con un rendimiento, alcance y precisión similares, pero Gee ya había completado el desarrollo básico y estaba entrando en la producción inicial, lo que hacía que el Proyecto 3 fuera superfluo. [12]
En respuesta, el equipo del Proyecto 3 le dijo a la Fuerza Aérea del Ejército que adoptara Gee y, en cambio, a instancias del equipo británico, realineó sus esfuerzos para proporcionar navegación de largo alcance en los océanos donde Gee no era útil. Esto despertó el interés de la Marina de los Estados Unidos y una serie de experimentos demostró rápidamente que los sistemas que utilizan el concepto básico de Gee, pero que operan a una frecuencia más baja de alrededor de 2 MHz, ofrecerían una precisión razonable del orden de unas pocas millas en distancias del orden de 1250 millas (2010 km), al menos de noche, cuando las señales de este rango de frecuencia podían saltar de la ionosfera . [12] A esto le siguió un rápido desarrollo y un sistema que cubría el Atlántico occidental estuvo operativo en 1943. Siguieron estaciones adicionales, primero cubriendo el lado europeo del Atlántico y luego una gran expansión en el Pacífico. Al final de la guerra, había 72 estaciones LORAN operativas y hasta 75 000 receptores.
En 1958, la operación del sistema LORAN fue entregada a la Guardia Costera de los Estados Unidos , que renombró el sistema "Loran-A", introduciéndose en ese momento el nombre en minúsculas. [13]
Hay dos formas de implementar las mediciones de tiempo necesarias para un sistema de navegación hiperbólica: sistemas de tiempo de pulso como Gee y LORAN, y sistemas de tiempo de fase como el sistema de navegación Decca . [14]
El primero requiere pulsos de señal agudos y su precisión generalmente está limitada a la rapidez con la que se pueden activar y desactivar los pulsos, que es una función de la frecuencia portadora . Existe una ambigüedad en la señal; las mismas mediciones pueden ser válidas en dos ubicaciones con respecto a las emisoras, pero en funcionamiento normal, están separadas por cientos de kilómetros, por lo que se puede eliminar una posibilidad. [14]
El segundo sistema utiliza señales constantes ("onda continua") y toma medidas comparando la fase de dos señales. Este sistema es fácil de usar incluso a frecuencias muy bajas. Sin embargo, su señal es ambigua a lo largo de una longitud de onda, lo que significa que hay cientos de ubicaciones que devolverán la misma señal. Decca se refirió a estas ubicaciones ambiguas como celdas . Esto requiere que se utilice algún otro método de navegación en conjunto para elegir en qué celda se encuentra el receptor y luego usar las mediciones de fase para colocar el receptor con precisión dentro de la celda. [14]
Se hicieron numerosos esfuerzos para proporcionar algún tipo de sistema secundario de baja precisión que pudiera utilizarse con un sistema de comparación de fases como Decca para resolver la ambigüedad. Entre los muchos métodos se encontraba un sistema de transmisión direccional conocido como POPI y una variedad de sistemas que combinaban la sincronización de pulsos para la navegación de baja precisión y luego usaban la comparación de fases para el ajuste fino. Decca había reservado una frecuencia, "9f", para probar este concepto de señal combinada, pero no tuvo la oportunidad de hacerlo hasta mucho después. También se utilizaron conceptos similares en el sistema experimental Navarho en los Estados Unidos. [15]
Desde el comienzo del proyecto LORAN se sabía que las mismas pantallas CRT que mostraban los pulsos LORAN podían, cuando se magnificaban adecuadamente, mostrar también las ondas individuales de la frecuencia intermedia . Esto significaba que se podía utilizar la coincidencia de pulsos para obtener una solución aproximada, y luego el operador podía obtener una precisión de tiempo adicional alineando las ondas individuales dentro del pulso, como Decca. Esto se podía utilizar para aumentar en gran medida la precisión de LORAN o, alternativamente, ofrecer una precisión similar utilizando frecuencias portadoras mucho más bajas y, por lo tanto, ampliar en gran medida el alcance efectivo. Esto requeriría que las estaciones transmisoras estuvieran sincronizadas tanto en tiempo como en fase, pero gran parte de este problema ya había sido resuelto por los ingenieros de Decca. [14]
La opción de largo alcance fue de considerable interés para la Guardia Costera, que instaló un sistema experimental conocido como LF LORAN en 1945. Este operaba a frecuencias mucho más bajas que el LORAN original, a 180 kHz, y requería antenas muy largas transportadas por globos. Se llevaron a cabo pruebas durante todo el año, incluidos varios vuelos de larga distancia hasta Brasil . El sistema experimental fue luego enviado a Canadá, donde se utilizó durante la Operación Muskox en el Ártico. Se encontró que la precisión era de 150 pies (46 m) a 750 millas (1210 km), un avance significativo sobre LORAN. Con el final de Muskox, se decidió mantener el sistema en funcionamiento bajo lo que se conoció como "Operación Musk Calf", dirigida por un grupo formado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , la Real Fuerza Aérea Canadiense , la Marina Real Canadiense y el Real Cuerpo de Señales del Reino Unido . El sistema funcionó hasta septiembre de 1947. [16]
Esto dio lugar a otra serie de pruebas importantes, esta vez a cargo de la recién formada Fuerza Aérea de los Estados Unidos, conocida como Operación Beetle. Beetle estaba ubicada en el extremo norte, en la frontera entre Canadá y Alaska, y utilizaba nuevas torres de acero atirantadas de 191 m (625 pies) que reemplazaban las antenas de cable elevadas por globos del sistema anterior. El sistema comenzó a funcionar en 1948 y funcionó durante dos años, hasta febrero de 1950. Desafortunadamente, las estaciones resultaron estar mal ubicadas, ya que la transmisión de radio sobre el permafrost era mucho más corta de lo esperado y la sincronización de las señales entre las estaciones mediante ondas terrestres resultó imposible. Las pruebas también mostraron que el sistema era extremadamente difícil de usar en la práctica; era fácil para el operador seleccionar las secciones incorrectas de las formas de onda en su pantalla, lo que generaba una importante inexactitud en el mundo real. [16]
En 1946, el Centro de Desarrollo Aéreo de Roma envió contratos para sistemas de navegación de mayor alcance y más precisos que se utilizarían para la navegación de bombardeo de largo alcance. A medida que las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos avanzaban hacia tripulaciones más pequeñas, solo tres en el Boeing B-47 Stratojet , por ejemplo, se deseaba un alto grado de automatización. Se aceptaron dos contratos; Sperry Gyroscope propuso el sistema CYCLAN (CYCLe matching LorAN) que era ampliamente similar a LF LORAN pero con automatización adicional, y Sylvania propuso Whyn utilizando navegación de onda continua como Decca, pero con codificación adicional utilizando modulación de frecuencia . A pesar de los grandes esfuerzos, Whyn nunca pudo funcionar y fue abandonado. [17]
El sistema CYCLAN funcionaba enviando las mismas señales similares a las de LF LORAN en dos frecuencias, la de 180 kHz de LF LORAN y la de 200 kHz. El equipo asociado buscaba una amplitud ascendente que indicara el inicio del pulso de señal y luego utilizaba puertas de muestreo para extraer la fase de la portadora. El uso de dos receptores resolvió el problema de la alineación incorrecta de los pulsos, porque las fases solo se alineaban correctamente entre las dos copias de la señal cuando se comparaban los mismos pulsos. Nada de esto era trivial; utilizando la electrónica basada en válvulas de la época, el sistema experimental CYCLAN llenó gran parte de un semirremolque . [18]
CYCLAN resultó ser un gran éxito, tanto que cada vez era más evidente que los problemas que llevaron a los ingenieros a utilizar dos frecuencias no eran tan graves como se esperaba. Parecía que un sistema que utilizara una sola frecuencia funcionaría igual de bien, siempre que se contara con la electrónica adecuada. Esto fue una noticia especialmente buena, ya que la frecuencia de 200 kHz estaba interfiriendo con las transmisiones existentes y tuvo que ser trasladada a 160 kHz durante las pruebas. [19]
Durante este período, la cuestión del uso del espectro radioeléctrico se convirtió en una preocupación importante y dio lugar a esfuerzos internacionales para decidir sobre una banda de frecuencia adecuada para la navegación de largo alcance. Este proceso finalmente se decidió por la banda de 90 a 100 kHz. CYCLAN pareció sugerir que la precisión en frecuencias incluso más bajas no era un problema y que la única preocupación real era el costo del equipo involucrado. [19]
El éxito del sistema CYCLAN condujo a un nuevo contrato con Sperry en 1952 para un nuevo sistema con el doble objetivo de trabajar en el rango de 100 kHz y ser igualmente preciso, menos complejo y menos costoso. Estos objetivos normalmente serían contradictorios, pero el sistema CYCLAN dio a todos los involucrados la confianza de que podrían cumplirse. El sistema resultante se conoció como Cytac. [20]
Para solucionar el problema de complejidad, se desarrolló un nuevo circuito para cronometrar correctamente el muestreo de la señal. Este consistía en un circuito para extraer la envolvente del pulso, otro para extraer la derivada de la envolvente y, finalmente, otro que restaba la derivada de la envolvente. El resultado de esta última operación se volvería negativo durante una parte muy específica y estable del flanco ascendente del pulso, y este cruce por cero se utilizó para disparar una compuerta de muestreo de tiempo muy corto. Este sistema reemplazó al complejo sistema de relojes utilizado en CYCLAN. Simplemente midiendo el tiempo entre los cruces por cero del maestro y el secundario, se extraía la temporización del pulso. [21]
La salida del muestreador de envolvente también se envió a un desfasador que ajustó la salida de un reloj local que se sincronizaba con la portadora maestra mediante un bucle de sincronización de fase . Esto retuvo la fase de la señal maestra el tiempo suficiente para que llegara la señal secundaria. Luego, se comparó la activación de la señal secundaria con esta señal maestra en un detector de fase y se produjo un voltaje variable según la diferencia de fase. Este voltaje representó la medición de posicionamiento fino. [21]
El sistema funcionó bien en general durante las pruebas realizadas hasta 1953, pero se plantearon preocupaciones sobre la potencia de la señal a larga distancia y la posibilidad de interferencias. Esto llevó a realizar más modificaciones a la señal básica. La primera fue transmitir una serie de pulsos en lugar de uno solo, transmitiendo más energía durante un tiempo determinado y mejorando la capacidad de los receptores para sintonizar una señal útil. También agregaron un desfase fijo de 45° a cada pulso, de modo que se pudieran identificar y rechazar señales de interferencia de onda continua simples. [22]
El sistema Cytac se sometió a una enorme serie de pruebas en Estados Unidos y en alta mar. Dada la precisión potencial del sistema, se descubrió que incluso cambios menores en la sincronización de las ondas terrestres causaban errores que podían eliminarse: problemas como la cantidad de ríos que cruzaba la señal causaban demoras predecibles que podían medirse y luego tenerse en cuenta en las soluciones de navegación. Esto condujo a una serie de contornos de corrección que podían agregarse a la señal recibida para ajustar estos problemas, y estos se imprimieron en las cartas Cytac. Utilizando características destacadas en represas como puntos de destino, una serie de pruebas demostró que las señales sin corregir proporcionaban una precisión del orden de 100 yardas, mientras que la adición de los ajustes de contorno de corrección reducía esto al orden de diez yardas. [23]
Fue en ese momento cuando la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, tras haber asumido estos esfuerzos al tiempo que se trasladaba de las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos , abandonó su interés en el proyecto. Aunque las razones no están bien documentadas, parece que la idea de un sistema de bombardeo totalmente automatizado utilizando ayudas de radio ya no se consideraba posible. [20] La AAF había participado en misiones que cubrían unos 1000 km (la distancia entre Londres y Berlín) y el sistema Cytac funcionaría bien en estos rangos, pero como la misión cambió a misiones transpolares de 5000 km o más, incluso Cytac no ofrecía el alcance y la precisión necesarios. Dirigieron su atención al uso de plataformas inerciales y sistemas de radar Doppler , cancelando el trabajo en Cytac, así como en un sistema competidor conocido como Navarho. [24]
En esa época, la Marina de los Estados Unidos comenzó a trabajar en un sistema similar que utilizaba una combinación de comparación de pulsos y fases, pero basado en la frecuencia LORAN existente de 200 kHz. Para entonces, la Marina de los Estados Unidos había entregado el control operativo del sistema LORAN a la Guardia Costera, y se supuso que el mismo acuerdo sería válido para cualquier sistema nuevo. Por lo tanto, se le dio a la Guardia Costera de los Estados Unidos la opción de nombrar los sistemas, y decidió cambiar el nombre del sistema existente a Loran-A y el nuevo sistema a Loran-B. [1]
Con Cytac completamente desarrollado y su sistema de prueba en la costa este de los Estados Unidos descontinuado, la Armada de los Estados Unidos también decidió volver a poner en servicio a Cytac para pruebas en el rol de largo alcance. Una extensa serie de pruebas a través del Atlántico fueron llevadas a cabo por el USCGC Androscoggin a partir de abril de 1956. Mientras tanto, Loran-B demostró tener serios problemas para mantener sus transmisores en fase, y ese trabajo fue abandonado. [b] Se hicieron cambios menores a los sistemas Cytac para simplificarlos aún más, incluyendo una reducción en el espaciado de la cadena de pulsos de 1200 a 1000 μs, la frecuencia de pulso cambiada a 20 pps para que coincida con el sistema Loran-A existente, y el cambio de fase entre pulsos a un cambio alterno de 0,180 grados en lugar de 45 grados en cada pulso dentro de la cadena. [25]
El resultado fue el Loran-C. Las pruebas del nuevo sistema fueron intensivas y los vuelos sobre el agua alrededor de las Bermudas demostraron que el 50% de los puntos de referencia se encontraban dentro de un círculo de 79 m (260 pies) de radio, [26] una mejora espectacular respecto del Loran-A original, que cumplía con la precisión del sistema Gee, pero a un alcance mucho mayor. La primera cadena se montó utilizando el sistema experimental original Cytac, y una segunda en el Mediterráneo en 1957. Le siguieron otras cadenas que cubrían el Atlántico Norte y grandes áreas del Pacífico. En esa época, los mapas globales se imprimían con secciones sombreadas que representaban el área en la que se podía obtener un punto de referencia preciso de 4,8 km (3 millas) en la mayoría de las condiciones operativas. El Loran-C funcionaba en el rango de frecuencia de 90 a 110 kHz.
El Loran-C había sido diseñado originalmente para ser altamente automatizado, lo que permitía que el sistema funcionara más rápidamente que la medición multiminuto del LORAN original. También funcionaba en "cadenas" de estaciones vinculadas, lo que permitía realizar una corrección comparando simultáneamente dos secundarios con un solo maestro. La desventaja de este enfoque era que el equipo electrónico requerido, construido utilizando tecnología de válvulas de la década de 1950, era muy grande. La búsqueda de empresas con conocimientos de electrónica de comparación de fase multicanal para transporte marítimo condujo, irónicamente, a Decca, que construyó el AN/SPN-31, el primer receptor Loran-C ampliamente utilizado. El AN/SPN-31 pesaba más de 100 libras (45 kg) y tenía 52 controles. [27]
Luego vinieron las unidades aerotransportadas y en 1963 se probó un AN/SPN-31 adaptado en un Avro Vulcan. A mediados de los años 60, las unidades con algún tipo de transistorización se estaban volviendo más comunes y se instaló una cadena en Vietnam para apoyar los esfuerzos bélicos de los Estados Unidos allí. Varios operadores de aerolíneas comerciales también experimentaron con el sistema, utilizándolo para la navegación en la ruta del gran círculo entre América del Norte y Europa. Sin embargo, las plataformas inerciales finalmente se volvieron más comunes en esta función. [27]
En 1969, Decca demandó a la Marina de los Estados Unidos por violación de patentes, y presentó una amplia documentación de su trabajo sobre el concepto básico desde 1944, junto con la frecuencia 9f [c] "faltante" a 98 kHz que se había reservado para experimentos con este sistema. Decca ganó la demanda inicial, pero la sentencia fue revocada en apelación cuando la Marina alegó "conveniencia en tiempos de guerra". [28]
Cuando el Loran-C se generalizó, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos volvió a interesarse en utilizarlo como sistema de guía. Propusieron un nuevo sistema superpuesto al Loran-C para proporcionar una precisión aún mayor, utilizando la posición del Loran-C como señal de guía aproximada de la misma manera que el Loran-C extraía la posición aproximada de la sincronización de los pulsos para eliminar la ambigüedad en la medición precisa. Para proporcionar una señal de guía extrafina, el Loran-D intercalaba otro tren de ocho pulsos inmediatamente después de las señales de una de las estaciones Loran-C existentes, plegando las dos señales juntas. Esta técnica se conoció como "modulación interpulso supernumeraria" (SIM). Estas se transmitían desde transmisores portátiles de baja potencia, ofreciendo un servicio de alcance relativamente corto de alta precisión. [29]
El sistema Loran-D se utilizó sólo de forma experimental durante los juegos de guerra de los años 60 desde un transmisor situado en el Reino Unido. El sistema también se utilizó de forma limitada durante la guerra de Vietnam , combinado con el sistema de designación láser Pave Spot , una combinación conocida como Pave Nail. Utilizando transmisores móviles, el receptor de navegación AN/ARN-92 LORAN podía alcanzar una precisión del orden de 60 pies (18 m), que el láser Spot mejoró a unos 20 pies (6,1 m). [29] El concepto SIM se convirtió más tarde en un sistema para enviar datos adicionales. [30] [31]
Casi al mismo tiempo, Motorola propuso un nuevo sistema que utilizaba cadenas de pulsos pseudoaleatorios. Este mecanismo garantiza que no haya dos cadenas dentro de un período determinado (del orden de muchos segundos) que tengan el mismo patrón, lo que facilita determinar si la señal es una onda terrestre de una transmisión reciente o una señal de múltiples saltos de una anterior. El sistema, Multi-User Tactical Navigation Systems (MUTNS), se utilizó brevemente, pero se descubrió que Loran-D cumplía los mismos requisitos, pero tenía la ventaja adicional de ser también una señal estándar de Loran-C. Aunque MUTNS no estaba relacionado con los sistemas Loran, a veces se lo denominaba Loran-F . [32]
A pesar de sus muchas ventajas, el alto costo de implementar un receptor Loran-C lo hizo poco económico para muchos usuarios. Además, a medida que los usuarios militares pasaron de Loran-A a Loran-C, se lanzaron al mercado grandes cantidades de receptores Loran-A excedentes. Esto hizo que el Loran-A se volviera popular a pesar de ser menos preciso y bastante difícil de operar. A principios de la década de 1970, la introducción de circuitos integrados que combinaban un receptor de radio completo comenzó a reducir en gran medida la complejidad de las mediciones Loran-A, y las unidades completamente automatizadas del tamaño de un receptor estéreo se volvieron comunes. Para aquellos usuarios que requerían mayor precisión, Decca tuvo un éxito considerable con su sistema Decca Navigator y produjo unidades que combinaban ambos receptores, utilizando Loran para eliminar las ambigüedades en Decca.
El mismo rápido desarrollo de la microelectrónica que hizo que el Loran-A fuera tan fácil de manejar funcionó igualmente bien en las señales del Loran-C, y el deseo evidente de tener un sistema de largo alcance que también pudiera proporcionar suficiente precisión para la navegación en lagos y puertos condujo a la "apertura" del sistema Loran-C al uso público en 1974. Los receptores civiles siguieron rápidamente, y los receptores A/C de sistema dual también fueron comunes durante un tiempo. El cambio de A a C fue extremadamente rápido, debido en gran parte a la rápida caída de los precios, lo que llevó a que el primer receptor de muchos usuarios fuera el Loran-C. A fines de la década de 1970, la Guardia Costera decidió apagar el Loran-A, a favor de agregar estaciones Loran-C adicionales para cubrir los vacíos en su cobertura. La red original de Loran-A se cerró en 1979 y 1980, con algunas unidades utilizadas en el Pacífico durante algún tiempo. Dada la amplia disponibilidad de cartas Loran-A, muchos receptores Loran-C incluyeron un sistema para convertir coordenadas entre unidades A y C.
Una de las razones de la apertura de Loran-C al público fue el paso de Loran a nuevas formas de navegación, incluidos los sistemas de navegación inercial , Transit y OMEGA , lo que significó que la seguridad de Loran ya no era tan estricta como lo era como forma primaria de navegación. A medida que estos sistemas más nuevos dieron paso al GPS durante las décadas de 1980 y 1990, este proceso se repitió, pero esta vez el ejército pudo separar las señales del GPS de tal manera que pudiera proporcionar señales militares seguras y civiles inseguras al mismo tiempo. El GPS era más difícil de recibir y decodificar, pero en la década de 1990 la electrónica requerida ya era tan pequeña y económica como Loran-C, lo que llevó a una rápida adopción que se ha vuelto prácticamente universal.
Aunque Loran-C era prácticamente redundante en el año 2000, no ha desaparecido de manera generalizada en 2014 [actualizar]debido a una serie de preocupaciones. Una de ellas es que el sistema GPS puede verse afectado por diversos medios. Aunque lo mismo ocurre con Loran-C, los transmisores están a mano y se pueden ajustar si es necesario. Más importante aún, existen efectos que podrían hacer que el sistema GPS se vuelva inutilizable en áreas extensas, en particular los fenómenos meteorológicos espaciales y los posibles eventos de pulso electromagnético . Loran, ubicado completamente bajo la atmósfera, ofrece mayor resiliencia a estos problemas. Ha habido un considerable debate sobre los méritos relativos de mantener el sistema Loran-C en funcionamiento como resultado de tales consideraciones.
En noviembre de 2009, la Guardia Costera de los Estados Unidos anunció que el sistema Loran-C ya no era necesario para la navegación marítima. Esta decisión dejó el destino de LORAN y eLoran en los Estados Unidos en manos del Secretario del Departamento de Seguridad Nacional . [33] Según un anuncio posterior, la Guardia Costera de los Estados Unidos, de conformidad con la Ley de Asignaciones del DHS, puso fin a la transmisión de todas las señales Loran-C de los Estados Unidos el 8 de febrero de 2010. [2] El 1 de agosto de 2010 se puso fin a la transmisión de la señal ruso-estadounidense en los Estados Unidos, [2] y el 3 de agosto de 2010 la USCG y la CCG interrumpieron todas las señales canadienses. [2] [3]
La Unión Europea ha decidido que las ventajas potenciales de seguridad de Loran justifican no sólo mantener el sistema operativo, sino también modernizarlo y añadir nuevas estaciones. Esto forma parte del sistema Eurofix más amplio que combina GPS, Galileo y nueve estaciones Loran en un único sistema integrado.
En 2014, Noruega y Francia anunciaron que todos sus transmisores restantes, que constituyen una parte importante del sistema Eurofix, se apagarían el 31 de diciembre de 2015. [34] Los dos transmisores restantes en Europa ( Anthorn , Reino Unido y Sylt , Alemania) ya no podrían mantener un servicio de posicionamiento y navegación Loran, con el resultado de que el Reino Unido anunció que su servicio de prueba eLoran se suspendería a partir de la misma fecha. [35]
En la navegación convencional, la medición de la propia ubicación, o la toma de una posición , se logra tomando dos mediciones contra ubicaciones bien conocidas. En los sistemas ópticos, esto se logra típicamente midiendo el ángulo con dos puntos de referencia y luego dibujando líneas en una carta náutica en esos ángulos, produciendo una intersección que revela la ubicación del barco. Los métodos de radio también pueden utilizar el mismo concepto con la ayuda de un radiogoniómetro , pero debido a la naturaleza de la propagación de radio, estos instrumentos están sujetos a errores significativos, especialmente por la noche. Se puede realizar una navegación por radio más precisa utilizando técnicas de comparación de fases o de sincronización de pulsos, que se basan en el tiempo de vuelo de las señales. En comparación con las mediciones de ángulos, estas permanecen bastante estables a lo largo del tiempo, y la mayoría de los efectos que cambian estos valores son objetos fijos como ríos y lagos que se pueden tener en cuenta en las cartas.
Los sistemas de cronometraje pueden revelar la distancia absoluta a un objeto, como es el caso del radar . El problema en el caso de la navegación es que el receptor tiene que saber cuándo se envió la señal original. En teoría, se podría sincronizar un reloj preciso con la señal antes de salir del puerto y luego utilizarlo para comparar el tiempo de la señal durante el viaje. Sin embargo, en la década de 1940 no había ningún sistema adecuado disponible que pudiera mantener una señal precisa durante el lapso de tiempo de una misión operativa.
En cambio, los sistemas de navegación por radio adoptaron el concepto de multilateración , que se basa en la diferencia de tiempos (o fase) en lugar del tiempo absoluto. La idea básica es que es relativamente fácil sincronizar dos estaciones terrestres, utilizando una señal compartida a través de una línea telefónica, por ejemplo, de modo que uno puede estar seguro de que las señales recibidas se enviaron exactamente al mismo tiempo. Sin embargo, no se recibirán exactamente al mismo tiempo, ya que el receptor recibirá primero la señal de la estación más cercana. La sincronización de la diferencia entre dos señales se puede lograr fácilmente, primero midiéndolas físicamente en un tubo de rayos catódicos o mediante electrónica simple en el caso de la comparación de fase.
La diferencia en la sincronización de la señal no revela la ubicación por sí misma, sino que determina una serie de ubicaciones donde esa sincronización es posible. Por ejemplo, si las dos estaciones están a 300 km de distancia y el receptor no mide ninguna diferencia en las dos señales, eso implica que el receptor está en algún lugar a lo largo de una línea equidistante entre las dos. Si la señal de una se recibe exactamente 100 μs después, entonces el receptor está 30 kilómetros (19 millas) más cerca de una estación que de la otra. Trazar todas las ubicaciones donde una estación está 30 km más cerca que la otra produce una línea curva. Para tomar una posición se realizan dos mediciones de este tipo con diferentes pares de estaciones y luego se buscan ambas curvas en una carta náutica. Las curvas se conocen como líneas de posición o LOP. [36]
En la práctica, los sistemas de navegación por radio normalmente utilizan una cadena de tres o cuatro estaciones, todas sincronizadas con una señal maestra que se transmite desde una de las estaciones. Las otras, las secundarias , se colocan de manera que sus LOP se crucen en ángulos agudos, lo que aumenta la precisión de la fijación. Así, por ejemplo, una cadena dada puede tener cuatro estaciones con la maestra en el centro, lo que permite que un receptor capte las señales de dos secundarias que se encuentren lo más cerca posible de los ángulos rectos dada su ubicación actual. Los sistemas modernos, que conocen las ubicaciones de todas las emisoras, pueden automatizar qué estaciones seleccionar.
En el caso de LORAN, una estación permanece constante en cada aplicación del principio, y la estación primaria se empareja por separado con otras dos estaciones secundarias . Dadas dos estaciones secundarias, la diferencia de tiempo (TD) entre la estación primaria y la primera secundaria identifica una curva, y la diferencia de tiempo entre la estación primaria y la segunda secundaria identifica otra curva, cuyas intersecciones determinarán un punto geográfico en relación con la posición de las tres estaciones. Estas curvas se denominan líneas TD . [37]
En la práctica, LORAN se implementa en matrices regionales integradas , o cadenas , que constan de una estación primaria y al menos dos (pero a menudo más) estaciones secundarias , con un intervalo de repetición de grupo (GRI) uniforme definido en microsegundos . La cantidad de tiempo antes de transmitir el siguiente conjunto de pulsos se define por la distancia entre el inicio de la transmisión de la señal primaria y el siguiente inicio de la transmisión de la señal primaria.
Las estaciones secundarias reciben esta señal de pulso de la estación primaria y luego esperan una cantidad preestablecida de milisegundos , conocida como retardo de codificación secundaria , para transmitir una señal de respuesta. En una cadena dada, el retardo de codificación de cada estación secundaria es diferente, lo que permite la identificación por separado de la señal de cada estación secundaria. (En la práctica, sin embargo, los receptores LORAN modernos no dependen de esto para la identificación secundaria). [ cita requerida ]
Cada cadena LORAN del mundo utiliza un intervalo de repetición de grupo único, cuyo número, al multiplicarse por diez, da la cantidad de microsegundos que pasan entre pulsos de una estación determinada en la cadena. En la práctica, los retrasos en muchas cadenas, pero no en todas, son múltiplos de 100 microsegundos. Las cadenas LORAN suelen denominarse con esta designación, por ejemplo , GRI 9960, la designación de la cadena LORAN que presta servicio en el noreste de los Estados Unidos . [ cita requerida ]
Debido a la naturaleza de las curvas hiperbólicas, una combinación particular de una estación primaria y dos secundarias puede posiblemente dar como resultado una "cuadrícula" donde las líneas de la cuadrícula se intersecan en ángulos poco profundos. Para una precisión posicional ideal, es deseable operar en una cuadrícula de navegación donde las líneas de la cuadrícula estén más cerca de los ángulos rectos ( ortogonales ) entre sí. A medida que el receptor viaja a través de una cadena, una cierta selección de estaciones secundarias cuyas líneas TD inicialmente formaban una cuadrícula casi ortogonal puede convertirse en una cuadrícula que está significativamente sesgada. Como resultado, la selección de una o ambas estaciones secundarias debe cambiarse de modo que las líneas TD de la nueva combinación estén más cerca de los ángulos rectos. [38] En la práctica, casi todas las cadenas proporcionan al menos tres, y hasta cinco, estaciones secundarias. [39]
Cuando están disponibles, las cartas náuticas comunes incluyen representaciones visibles de líneas de TD a intervalos regulares sobre áreas de agua. Las líneas de TD que representan un par primario-secundario determinado se imprimen con colores distintos y se indica la diferencia de tiempo específica indicada por cada línea. En una carta náutica, la denotación para cada línea de posición de un receptor, en relación con el eje y el color, se puede encontrar en la parte inferior de la carta. El color de las cartas oficiales para estaciones y las líneas de posición cronometradas no siguen ninguna conformidad específica para el propósito de la Organización Hidrográfica Internacional (OHI). Sin embargo, los productores de cartas locales pueden colorearlas en una conformidad específica con su estándar. Siempre consulte las notas de la carta, la referencia Chart1 de las administraciones y la información proporcionada en la carta para obtener la información más precisa sobre levantamientos, datos y confiabilidad.
Hay tres factores principales a tener en cuenta al considerar el retardo y la propagación de la señal en relación con LORAN-C:
Las notas de la carta deben indicar si se han realizado correcciones ASF (las cartas del Servicio Hidrográfico Canadiense (CHS), por ejemplo, las incluyen). De lo contrario, se deben obtener los factores de corrección adecuados antes de su uso.
Debido a los problemas de interferencia y propagación que se producen debido a las características del terreno y las estructuras artificiales, como los edificios altos, la precisión de la señal LORAN puede verse considerablemente degradada en áreas interiores (consulte Limitaciones). Como resultado, las cartas náuticas no mostrarán líneas TD en esas áreas, para evitar la dependencia de LORAN-C para la navegación.
Los receptores LORAN tradicionales muestran la diferencia horaria entre cada emparejamiento de la estación primaria y una de las dos estaciones secundarias seleccionadas, que luego se utiliza para encontrar la línea TD adecuada en la carta. Los receptores LORAN modernos muestran coordenadas de latitud y longitud en lugar de diferencias horarias y, con la llegada de la comparación de diferencias horarias y la electrónica, proporcionan una mayor precisión y una mejor fijación de la posición, lo que permite al observador trazar su posición en una carta náutica con mayor facilidad. Cuando se utilizan dichas coordenadas, el datum utilizado por el receptor (normalmente WGS84 ) debe coincidir con el de la carta, o se deben realizar cálculos de conversión manuales antes de poder utilizar las coordenadas.
Cada estación LORAN está equipada con un conjunto de equipos especializados para generar las señales sincronizadas con precisión que se utilizan para modular o accionar el equipo de transmisión. Se utilizan hasta tres relojes atómicos de cesio comerciales para generar señales de 5 MHz y pulsos por segundo (o 1 Hz) que son utilizadas por el equipo de temporización para generar las diversas señales de accionamiento dependientes de GRI para el equipo de transmisión.
Si bien se supone que cada estación LORAN operada en EE. UU. está sincronizada con una precisión de 100 ns respecto del Tiempo Universal Coordinado (UTC), la precisión real lograda a partir de 1994 fue de 500 ns. [40]
Los transmisores LORAN-C funcionan a potencias pico de 100 a 4.000 kilovatios, comparables a las estaciones de transmisión de onda larga . La mayoría utiliza radiadores de mástil de 190 a 220 metros de altura, aislados del suelo. Los mástiles se alargan inductivamente y se alimentan mediante una bobina de carga (véase: longitud eléctrica ). Un ejemplo bien conocido de una estación que utiliza una antena de este tipo es Rantum . También se utilizan radiadores de torre independientes en este rango de altura [ aclaración necesaria ] . Carolina Beach utiliza una torre de antena independiente. Algunos transmisores LORAN-C con potencias de salida de 1.000 kW y superiores utilizaban radiadores de mástil extremadamente altos de 412 metros (véase más abajo). Otras estaciones LORAN-C de alta potencia, como George , utilizaban cuatro antenas en T montadas en cuatro mástiles arriostrados dispuestos en un cuadrado.
Todas las antenas LORAN-C están diseñadas para emitir un patrón omnidireccional. A diferencia de las estaciones de transmisión de onda larga, las estaciones LORAN-C no pueden utilizar antenas de respaldo porque la posición exacta de la antena es parte del cálculo de navegación. La ubicación física ligeramente diferente de una antena de respaldo produciría líneas de posición diferentes a las de la antena principal.
LORAN sufre los efectos electrónicos del clima y los efectos ionosféricos del amanecer y el atardecer. La señal más precisa es la onda terrestre que sigue la superficie de la Tierra, idealmente sobre el agua del mar. Por la noche, la onda ionosférica indirecta , desviada hacia la superficie por la ionosfera , es un problema ya que pueden llegar múltiples señales por diferentes caminos ( interferencia de trayectos múltiples ). La reacción de la ionosfera al amanecer y al atardecer explica la perturbación particular durante esos períodos. Las tormentas geomagnéticas tienen efectos graves, como con cualquier sistema basado en radio.
LORAN utiliza transmisores terrestres que sólo cubren ciertas regiones. La cobertura es bastante buena en América del Norte, Europa y la costa del Pacífico.
La precisión absoluta de LORAN-C varía de 0,10 a 0,25 millas náuticas (185 a 463 m). La precisión repetible es mucho mayor, normalmente de 60 a 300 pies (18 a 91 m). [41]
El canal de datos LORAN (LDC) es un proyecto en marcha entre la FAA y la Guardia Costera de los Estados Unidos para enviar datos de baja velocidad de bits utilizando el sistema LORAN. Los mensajes que se enviarán incluyen mensajes de identificación de estación, tiempo absoluto y corrección de posición. En 2001, se enviaron datos similares a los mensajes de corrección GPS del Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS) como parte de una prueba de la cadena LORAN de Alaska. A partir de noviembre de 2005, se estaban transmitiendo mensajes de prueba utilizando LDC desde varias estaciones LORAN de los EE. UU. [42]
En los últimos años, LORAN-C se ha utilizado en Europa para enviar mensajes GPS diferenciales y otros mensajes, empleando un método de transmisión similar conocido como EUROFIX. [43]
En Arabia Saudita se utiliza un sistema llamado SPS (Sistema de Posicionamiento Saudí), similar a EUROFIX. [44] Las correcciones diferenciales del GPS y la información de integridad del GPS se añaden a la señal LORAN. Se utiliza un receptor combinado GPS/LORAN y, si no hay disponible un punto de referencia GPS, cambia automáticamente a LORAN.
Dado que los sistemas LORAN son mantenidos y operados por los gobiernos, su existencia continua está sujeta a las políticas públicas. Con la evolución de otros sistemas de navegación electrónica, como los sistemas de navegación por satélite , la financiación de los sistemas existentes no siempre está asegurada.
Los críticos, que han pedido la eliminación del sistema, afirman que el sistema LORAN tiene muy pocos usuarios, carece de rentabilidad y que las señales del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) son superiores a las de LORAN. [ cita requerida ] Los partidarios de la operación continua y mejorada de LORAN señalan que LORAN utiliza una señal fuerte, que es difícil de interferir, y que LORAN es un sistema independiente, diferente y complementario a otras formas de navegación electrónica, lo que ayuda a garantizar la disponibilidad de señales de navegación. [45] [46]
El 26 de febrero de 2009, la Oficina de Administración y Presupuesto de los Estados Unidos publicó el primer proyecto de presupuesto para el año fiscal 2010. [ 47] Este documento identificó al sistema LORAN-C como "obsoleto" y apoyó su terminación con un ahorro estimado de $36 millones en 2010 y $190 millones en cinco años.
El 21 de abril de 2009, el Comité de Comercio, Ciencia y Transporte del Senado de los EE. UU. y el Comité de Seguridad Nacional y Asuntos Gubernamentales publicaron sus aportes a la Resolución de Presupuesto Concurrente para el año fiscal 2010, respaldando el apoyo continuo al sistema LORAN, reconociendo la inversión ya realizada en actualizaciones de infraestructura y reconociendo los estudios realizados y la conclusión multidepartamental de que eLoran es el mejor respaldo al GPS.
El senador Jay Rockefeller , presidente del Comité de Comercio, Ciencia y Transporte, escribió que el comité reconoció la prioridad de "Mantener LORAN-C durante la transición a eLORAN" como medio para mejorar las misiones de seguridad nacional, seguridad marítima y protección ambiental de la Guardia Costera.
El senador Collins, miembro de mayor rango del Comité de Seguridad Nacional y Asuntos Gubernamentales, escribió que la propuesta del Presidente para poner fin al sistema LORAN-C en el presupuesto es incompatible con las inversiones recientes, los estudios reconocidos y la misión de la Guardia Costera de los Estados Unidos. El comité también reconoce la inversión de 160 millones de dólares que ya se ha realizado para modernizar el sistema LORAN-C a fin de respaldar el despliegue completo de eLoran.
Además, los Comités también reconocen los numerosos estudios que evaluaron los sistemas de respaldo del GPS y concluyeron que era necesario respaldar el GPS e identificaron al eLoran como el mejor y más viable respaldo. "Esta propuesta es incoherente con el Plan Federal de Radionavegación (FRP, por sus siglas en inglés) publicado recientemente (enero de 2009), que fue preparado conjuntamente por el DHS y los Departamentos de Defensa (DOD, por sus siglas en inglés) y de Transporte (DOT, por sus siglas en inglés). El FRP propuso que el programa eLoran sirviera como respaldo de Posición, Navegación y Sincronización (PNT, por sus siglas en inglés) al GPS (Sistema de Posicionamiento Global)".
El 7 de mayo de 2009, el presidente Barack Obama propuso recortar la financiación (aproximadamente 35 millones de dólares al año) de LORAN, citando su redundancia junto con la del GPS. [48] En relación con el proyecto de ley pendiente en el Congreso, HR 2892, se anunció posteriormente que "[l]a Administración apoya el objetivo del Comité de lograr una terminación ordenada mediante un desmantelamiento gradual que comience en enero de 2010, y el requisito de que se proporcionen certificaciones para documentar que la terminación de LORAN-C no perjudicará la seguridad marítima ni el desarrollo de posibles capacidades o necesidades de respaldo del GPS". [49]
También el 7 de mayo de 2009, la Oficina General de Contabilidad de los Estados Unidos (GAO), el brazo investigador del Congreso, publicó un informe que citaba el potencial muy real de que el sistema GPS se degrade o falle a la luz de los retrasos del programa que han dado lugar a que los lanzamientos programados de satélites GPS se retrasen hasta tres años. [50]
El 12 de mayo de 2009 se publicó el informe del Equipo de Evaluación Independiente (IAT) de marzo de 2007 sobre LORAN. En su informe, el ITA declaró que "recomienda por unanimidad que el gobierno de los EE. UU. complete la actualización de eLoran y se comprometa a utilizar eLoran como respaldo nacional del GPS durante 20 años". La publicación del informe se produjo tras una extensa batalla entablada por representantes de la industria contra el gobierno federal en virtud de la Ley de Libertad de Información (FOIA). Originalmente completado el 20 de marzo de 2007 y presentado a los comités ejecutivos copatrocinadores del Departamento de Transporte y del Departamento de Seguridad Nacional (DHS), el informe consideró cuidadosamente los sistemas de navegación existentes, incluido el GPS. La recomendación unánime de mantener el sistema LORAN y actualizarlo a eLoran se basó en la conclusión del equipo de que LORAN está operativo, implementado y es lo suficientemente preciso como para complementar al GPS. El equipo también concluyó que el costo de desmantelar el sistema LORAN excedería el costo de implementar eLoran, anulando así cualquier ahorro declarado ofrecido por la administración Obama y revelando la vulnerabilidad de los EE. UU. a la interrupción del GPS. [51]
En noviembre de 2009, la Guardia Costera de Estados Unidos anunció que las estaciones LORAN-C bajo su control se cerrarían por razones presupuestarias después del 4 de enero de 2010, siempre que el Secretario del Departamento de Seguridad Nacional certificara que LORAN no era necesario como respaldo del GPS. [52]
El 7 de enero de 2010, el Departamento de Seguridad Nacional publicó un aviso sobre la interrupción permanente de las operaciones de LORAN-C. A partir de las 20:00 UTC del 8 de febrero de 2010, la Guardia Costera de los Estados Unidos puso fin a todas las operaciones y transmisiones de señales LORAN-C en los Estados Unidos. La transmisión de la señal ruso-estadounidense CHAYKA por parte de la Guardia Costera de los Estados Unidos finalizó el 1 de agosto de 2010. La transmisión de señales canadienses LORAN-C finalizó el 3 de agosto de 2010. [53]
El 31 de mayo de 2007, el Departamento de Transporte del Reino Unido (DfT), a través de las autoridades generales de faros , adjudicó un contrato de 15 años para proporcionar un servicio LORAN mejorado de última generación para mejorar la seguridad de los navegantes en el Reino Unido y Europa occidental. El contrato de servicio debía operar en dos fases, con trabajo de desarrollo y mayor enfoque para el acuerdo europeo sobre la prestación del servicio eLoran desde 2007 hasta 2010, y el funcionamiento completo del servicio eLoran desde 2010 hasta 2022. El primer transmisor eLoran estaba situado en la estación de radio Anthorn en Cumbria, Reino Unido, y era operado por Babcock International (anteriormente Babcock Communications). [54]
El gobierno del Reino Unido aprobó la construcción de siete estaciones de tecnología de posicionamiento diferencial eLoran a lo largo de las costas sur y este del Reino Unido para ayudar a contrarrestar la amenaza de interferencias en los sistemas de posicionamiento global. Se esperaba que alcanzaran su capacidad operativa inicial en el verano de 2014. [55] Las autoridades generales de faros del Reino Unido e Irlanda anunciaron el 31 de octubre de 2014 la capacidad operativa inicial del eLoran marítimo del Reino Unido. Siete estaciones de referencia diferencial proporcionaron información adicional sobre posición, navegación y tiempo (PNT) a través de pulsos de baja frecuencia a los barcos equipados con receptores eLoran. El servicio debía ayudar a garantizar que pudieran navegar de forma segura en caso de fallo del GPS en una de las regiones de navegación más concurridas del mundo, con un tráfico anual esperado de 200.000 buques para 2020. [56]
A pesar de estos planes, a la luz de la decisión de Francia y Noruega de cesar las transmisiones Loran el 31 de diciembre de 2015, el Reino Unido anunció a principios de ese mes que su servicio eLoran se suspendería el mismo día. [57] Sin embargo, para permitir una mayor investigación y desarrollo de PNT, la señal de sincronización eLoran todavía está activa desde la instalación gubernamental en Anthorn . [58]
Lista de transmisores LORAN-C. Las estaciones con una torre de antena de más de 300 metros (984 pies) de altura se muestran en negrita.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )