La navegación hiperbólica es una clase de sistemas de radionavegación en los que se utiliza un instrumento receptor de navegación para determinar la ubicación en función de la diferencia en el tiempo de las ondas de radio recibidas de los transmisores de radiobalizas de navegación .
Estos sistemas se basan en la capacidad de dos estaciones muy separadas para transmitir una señal altamente correlacionada en el tiempo. Los sistemas típicos transmiten pulsos cortos al mismo tiempo o señales continuas que son idénticas en fase . Un receptor ubicado en el punto medio entre las dos estaciones recibirá las señales al mismo tiempo o tendrá idéntica fase, pero en cualquier otro lugar la señal de la estación más cercana se recibirá primero o tendrá una fase diferente.
Para determinar la ubicación de un receptor es necesario sintonizar las dos estaciones sincronizadas al mismo tiempo para poder comparar las señales. Esto revela una diferencia en el tiempo, correspondiente a una distancia relativa más cercana a una estación u otra. Trazar todas las ubicaciones donde puede ocurrir esta diferencia horaria produce una línea hiperbólica en un gráfico. Para tomar un "arreglo", también se gira un segundo par de estaciones para producir una segunda curva de este tipo. Las dos curvas normalmente se cruzarán en dos lugares, por lo que se necesita algún otro sistema de navegación o una tercera medición para determinar la ubicación exacta.
Los sistemas de localización hiperbólicos se utilizaron por primera vez durante la Primera Guerra Mundial en sistemas de localización acústicos para localizar la artillería enemiga . El sonido del disparo de un proyectil fue recibido por varios micrófonos y la hora de recepción se envió a un centro de computación para determinar la ubicación. Estos sistemas se utilizaron en la Segunda Guerra Mundial . El primer sistema de radionavegación hiperbólico fue el Gee de la Segunda Guerra Mundial , introducido por la Royal Air Force para uso del RAF Bomber Command . A este le siguió el sistema Decca Navigator en 1944 de la Royal Navy , junto con el LORAN de la US Navy para la navegación de largo alcance en el mar. Ejemplos de posguerra incluyen el conocido Loran-C de la Guardia Costera de EE. UU. , el sistema internacional Omega y el Alpha y CHAYKA soviéticos . Todos estos sistemas se utilizaron hasta su sustitución total por sistemas de navegación por satélite como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en la década de 1990.
En 2023 se probó un prototipo de sistema de navegación basado en la detección de partículas subatómicas de muones procedentes de rayos cósmicos , que funcionaría bajo tierra y bajo el agua. [1]
Considere dos estaciones de radio terrestres ubicadas a una distancia determinada entre sí, digamos 300 km, de modo que estén separadas casi exactamente 1 ms a la velocidad de la luz . Ambas estaciones están equipadas con transmisores idénticos configurados para transmitir un pulso corto en una frecuencia específica. Una de estas estaciones, denominada "secundaria", también está equipada con un receptor de radio . Cuando este receptor escucha la señal de la otra estación, denominada "primaria", activa su propia transmisión. Luego, la estación primaria puede transmitir cualquier serie de pulsos, y la secundaria los escucha y genera la misma serie después de un retraso de 1 ms.
Considere un receptor portátil ubicado en el punto medio de la línea trazada entre las dos estaciones, conocida como línea base . En este caso, las señales tardarán necesariamente 0,5 ms en llegar al receptor. Midiendo este tiempo pudieron determinar que se encuentran exactamente a 150 km de ambas estaciones y, por lo tanto, determinar exactamente su ubicación. Si el receptor se mueve a otra ubicación a lo largo de la línea, la sincronización de las señales cambiaría. Por ejemplo, si cronometran las señales a 0,25 y 0,75 ms, están a 75 km de la estación más cercana y a 225 de la más alejada.
Si el receptor se mueve hacia el lado de la línea de base, el retraso de ambas estaciones aumentará. En algún momento, por ejemplo, medirán un retraso de 1 y 1,5 ms, lo que implica que el receptor está a 300 kilómetros de una estación y a 450 de la otra. Si se dibujan círculos de 300 y 450 km de radio alrededor de las dos estaciones en un mapa, los círculos se cruzarán en dos puntos. Con cualquier fuente adicional de información de navegación, una de estas dos intersecciones puede eliminarse como posibilidad y así revelar su ubicación exacta o "fijar".
Este enfoque plantea un grave problema práctico: para medir el tiempo que tardan las señales en llegar al receptor, éste debe conocer la hora exacta en que se envió originalmente la señal. Esto no es posible en el caso de fuentes de señales que no cooperan (como la artillería enemiga) y hasta la década de 2000, la distribución generalizada del reloj era un problema sin resolver hasta la introducción generalizada de receptores GPS económicos.
En la década de 1930, mediciones del tiempo tan precisas simplemente no eran posibles; Ya era bastante difícil construir un reloj con la precisión requerida de forma fija, y mucho menos portátil. Un oscilador de cristal de alta calidad , por ejemplo, se desplaza entre 1 y 2 segundos al mes, o1,4 × 10 −3 segundos por hora . [2] Esto puede parecer pequeño, pero como la luz viaja a 300 millones de metros por segundo (190.000 millas por segundo), esto representa una deriva de 420 km cada hora. Sólo unas pocas horas de vuelo dejarían inutilizable un sistema de este tipo, situación que se mantuvo vigente hasta la introducción de los relojes atómicos comerciales en la década de 1960.
Sin embargo, es posible medir con precisión la diferencia entre dos señales. Gran parte del desarrollo de equipos adecuados se llevó a cabo entre 1935 y 1938 como parte de los esfuerzos para implementar sistemas de radar . El Reino Unido , en particular, ha invertido un esfuerzo considerable en el desarrollo de su sistema Chain Home . Los sistemas de visualización de radar de Chain Home se basaban en osciloscopios (u oscilógrafos, como se los conocía en ese momento) que se activaban para iniciar su barrido cuando se enviaba la señal de transmisión. Las señales de retorno se amplificaron y enviaron a la pantalla, produciendo un "pitido". Al medir la distancia a lo largo de la cara del osciloscopio de cualquier señal, se podría medir el tiempo entre la transmisión y la recepción, revelando así el alcance al objetivo.
Con muy ligeras modificaciones, se podría utilizar la misma pantalla para cronometrar la diferencia entre dos señales arbitrarias. Para uso de navegación, se podría utilizar cualquier número de características de identificación para diferenciar las señales primarias de las secundarias. En este caso, el receptor portátil activó su rastreo cuando recibió la señal primaria. A medida que llegaban las señales del secundario, causaban una señal en la pantalla de la misma manera que un objetivo en el radar, y el retraso exacto entre el primario y el secundario se determinaba fácilmente.
Considere los mismos ejemplos que nuestros casos originales de tiempo absoluto. Si el receptor está situado en el punto medio de la línea base las dos señales se recibirán exactamente al mismo tiempo, por lo que el retardo entre ellas será cero. Sin embargo, el retraso será cero no sólo si están situadas a 150 km de ambas estaciones y por tanto en el medio de la línea de base, sino también si están situadas a 200 km de ambas estaciones, a 300 km, etc. Entonces, en este caso, el receptor no puede determinar su ubicación exacta, solo que su ubicación se encuentra en algún lugar a lo largo de una línea perpendicular a la línea de base.
En el segundo ejemplo, los receptores determinaron que la sincronización era de 0,25 y 0,75 ms, por lo que esto produciría un retraso medido de 0,5 ms. Hay muchas ubicaciones que pueden producir esta diferencia: 0,25 y 0,75 ms, pero también 0,3 y 0,8 ms, 0,5 y 1 ms, etc. Si se trazan todas estas ubicaciones posibles, forman una curva hiperbólica centrada en la línea de base. Se pueden dibujar cartas de navegación con las curvas para retrasos seleccionados, digamos cada 0,1 ms. Luego, el operador puede determinar en cuál de estas líneas se encuentran midiendo el retraso y mirando el gráfico.
Una sola medición revela una variedad de ubicaciones posibles, no una única solución. La solución a este problema es simplemente agregar otra estación secundaria en alguna otra ubicación. En este caso se medirán dos retrasos, uno la diferencia entre el primario y el secundario "A", y el otro entre el primario y el secundario "B". Al buscar ambas curvas de retardo en el gráfico, se encontrarán dos intersecciones y se podrá seleccionar una de ellas como la ubicación probable del receptor. Esta es una determinación similar a la del caso de las mediciones directas de tiempo/distancia, pero el sistema hiperbólico no consiste más que en un receptor de radio convencional conectado a un osciloscopio.
Debido a que un secundario no podía transmitir instantáneamente su pulso de señal al recibir la señal primaria, se incorporó un retraso fijo en la señal. No importa qué retardo se seleccione, habrá algunas ubicaciones donde la señal de dos secundarios se recibirá al mismo tiempo y, por lo tanto, será difícil verlas en la pantalla. Se necesitaba algún método para identificar una secundaria de otra. Los métodos comunes incluían transmitir desde el secundario solo en ciertos momentos, usar diferentes frecuencias, ajustar la envolvente de la ráfaga de señal o transmitir varias ráfagas en un patrón particular. Un conjunto de estaciones, primarias y secundarias, se conocía como "cadena". Se utilizan métodos similares para identificar cadenas en el caso de que se pueda recibir más de una cadena en una ubicación determinada.
Meint Harms fue el primero en intentar construir un sistema de navegación hiperbólico, empezando por sus reflexiones sobre el tema en 1931 durante su examen de maestría en la Seefahrtschule Lübeck (Escuela de Navegación). Después de ocupar el puesto de profesor de Matemáticas, Física y Navegación en la Kaisertor de Lübeck, Harms intentó demostrar la navegación hiperbólica utilizando transmisores y receptores simples. El 18 de febrero de 1932 recibió la Reichspatent-Nr. 546000 por su invento. [3] [4]
La primera navegación hiperbólica operativa fue la Gee del Reino Unido , utilizada por primera vez de forma experimental por el Comando de Bombarderos de la RAF en 1941. Gee se utilizó tanto para bombardear Alemania como para navegar en la zona del Reino Unido, especialmente para aterrizajes nocturnos. Se construyeron varias cadenas Gee en el Reino Unido y, después de la guerra, se expandieron a cuatro cadenas en el Reino Unido, dos en Francia y una en el norte de Alemania. Durante un período posterior a la formación de la Organización de Aviación Civil Internacional en 1946, Gee fue considerado como la base para un estándar mundial de navegación, pero en su lugar se seleccionó el sistema de alcance omnidireccional VHF (VOR), y la última cadena Gee finalmente se cerró. en 1970. [5]
Todas las señales Gee de una cadena determinada se enviaban en una única frecuencia. La estación primaria envió dos señales, la señal "A" que marcaba el comienzo de un período de tiempo y la señal "D", que era esencialmente dos "A" para marcar el final. En cada período, uno de los dos secundarios respondería alternando sus señales "B" y "C". El patrón resultante fue "ABD…ACD…ABD…". Se utilizó un receptor de banda ancha para sintonizar la cadena y la salida se envió al osciloscopio del operador . Como las cadenas estaban muy espaciadas en frecuencia para permitir que fueran recibidas por un solo sintonizador, esto a veces provocaba que aparecieran señales de varias cadenas en la pantalla. Para distinguir las cadenas en estos casos, se tecleaba periódicamente una segunda señal "A", la "A1" o "fantasma A", y el patrón de parpadeo en la pantalla podía usarse para identificar la cadena. [5]
Inicialmente, el operador sintonizó su receptor y vio un flujo de pulsos en la pantalla, que a veces incluía los de otras cadenas que tenían una frecuencia cercana. Luego sintonizarían un oscilador local que activaría la traza del osciloscopio para que coincidiera con el reloj de la estación principal (que podía cambiar, y así fue, con el tiempo). A continuación, usarían un retraso variable que se agregaría a la señal de los osciladores locales para mover toda la pantalla hacia adelante o hacia atrás de modo que uno de los pulsos "A" estuviera en el lado izquierdo del alcance (la acción es idéntica a la " dial de retención horizontal en un televisor analógico). Finalmente, la velocidad del trazo a través de la pantalla se ajustaría de modo que el pulso D fuera visible a la derecha. La distancia entre el pulso B o C y el pulso A ahora se puede medir con una escala adjunta. Los retrasos resultantes podrían consultarse en una carta de navegación. [5]
La pantalla era relativamente pequeña, lo que limitaba la resolución y, por tanto, la determinación del retraso. Se citó una precisión de medición de 1 microsegundo, lo que resultó en una precisión de la determinación del hiperbólico correcto de aproximadamente 150 metros, y cuando se combinaron dos mediciones de este tipo, la precisión resultante fue de aproximadamente 210 m. En distancias más largas, 350 millas por ejemplo, la elipse de error fue de aproximadamente 6 millas por 1 milla. El alcance máximo fue de aproximadamente 450 millas, [5] aunque se realizaron varias correcciones de largo alcance en circunstancias inusuales.
Estados Unidos también había considerado la navegación hiperbólica ya en 1940 e inició un esfuerzo de desarrollo conocido como Proyecto 3 que era similar a Gee. Cuando conocieron Gee, que ya estaba entrando en producción, solo se habían logrado avances vacilantes. Gee fue inmediatamente seleccionado para la 8.ª Fuerza Aérea y el equipo del Proyecto 3 centró su atención en otros usos, considerando finalmente la navegación de convoyes en particular.
El nuevo concepto se basaba en el uso de ondas ionosféricas para permitir que los pulsos se recibieran en distancias muy largas. Esto produjo señales recibidas considerablemente más complejas que con el sistema de línea de visión de Gee y fue más difícil de interpretar. Sin embargo, con esa excepción, los dos sistemas eran muy similares en concepto y diferían mucho en la selección de frecuencia y los detalles de la sincronización del pulso. Robert J. Dippy, inventor de Gee, se mudó a Estados Unidos a mediados de 1942 para ayudar con los detalles de las estaciones terrestres. Durante este tiempo, exigió que se fabricara una versión aerotransportada de los receptores, que debería ser intercambiable con Gee. El sistema resultante surgió como LORAN , para navegación de largo alcance, y la primera cadena de dos estaciones entró en funcionamiento en junio de 1942. [6] LORAN se convirtió en LORAN-A cuando comenzó el diseño de su reemplazo, este era inicialmente el concepto LORAN-B, pero finalmente reemplazado por el LORAN-C de muy largo alcance a partir de 1957.
LORAN finalmente seleccionó 1.950 MHz como su frecuencia operativa principal. Se seleccionó 7,5 MHz para uso diurno como canal adicional, pero nunca se utilizó operativamente. En comparación con el alcance de 450 millas (720 km) de Gee en el aire, LORAN tenía un alcance de aproximadamente 1.500 millas (2.400 km) sobre el agua y 600 millas (970 km) sobre tierra. La operación fue en general similar a Gee, pero solo se mostraba una de las señales secundarias a la vez. Una solución requirió que el operador midiera un retraso, luego el otro, y luego buscara los retrasos resultantes en los gráficos. Se trataba de un proceso que requería mucho tiempo y que podía durar varios minutos, tiempo durante el cual el vehículo estaba en movimiento. La precisión se citó como 1% del rango. [6]
LORAN utilizó dos métodos para identificar una cadena. Una era la frecuencia operativa, con cuatro "canales", como en Gee. El segundo fue el ritmo al que se repetían los pulsos, con ritmos "alto", "bajo" y "lento". Esto permitió hasta 12 cadenas en cualquier área determinada. Además, la repetición originalmente constante de los pulsos se modificó posteriormente para crear otros ocho patrones únicos, permitiendo un total de 96 pares de estaciones. Cualquier cadena determinada podría utilizar uno o más pares de estaciones, lo que exigiría una gran cantidad de señales únicas para una cobertura amplia. [6]
El sistema de navegación Decca se desarrolló originalmente en los EE. UU., pero finalmente lo implementó la compañía Decca Radio en el Reino Unido y comúnmente se lo conoce como sistema británico. Inicialmente desarrollado para la Royal Navy como un complemento preciso de las versiones navales de Gee, Decca se utilizó por primera vez el 5 de junio de 1944 para guiar a los dragaminas en preparación para las invasiones del Día D. El sistema se desarrolló en la posguerra y compitió con GEE y otros sistemas para uso civil. Diversas razones, en particular su facilidad de uso, mantuvieron su uso generalizado hasta la década de 1990, con un total de 42 cadenas en todo el mundo. Varias estaciones se actualizaron en la década de 1990, pero el uso generalizado del GPS llevó a que Decca se apagara a la medianoche del 31 de marzo de 2000. [7]
Decca se basó en comparar las fases de señales continuas en lugar de la sincronización de sus pulsos. Esto era más preciso, ya que la fase de un par de señales se podía medir con unos pocos grados, cuatro grados en el caso de Decca. Esta precisión inherente enormemente mejorada permitió a Decca utilizar longitudes de onda mucho más largas que Gee o LORAN y al mismo tiempo ofrecer el mismo nivel de precisión. El uso de longitudes de onda más largas proporcionó una mejor propagación que Gee o LORAN, aunque los alcances generalmente se limitaban a unas 500 millas para el sistema básico.
Otra ventaja es que es fácil mostrar la fase relativa de dos señales utilizando medidores electromecánicos simples . A diferencia de Gee y LORAN, que requerían el uso de osciloscopios para medir los tiempos de las señales, Decca utilizó una serie de tres punteros mecánicos que eran una fracción del costo, ocupaban menos espacio y permitían el examen simultáneo de tres señales. Esto hizo que Decca fuera mucho menos costoso y más fácil de usar.
Decca tenía la desventaja inherente de que la señal sólo podía variar hasta 360 grados y ese patrón se repetía en un círculo alrededor de las estaciones. Eso significaba que había una gran cantidad de ubicaciones que cumplían con cualquier medición de fase particular, un problema conocido como "ambigüedad de fase". Mientras que Gee y LORAN te fijaban en una de dos ubicaciones, Decca te fijaba en una entre cientos. Como las regiones ambiguas se alejaban de las estaciones y tenían un ancho finito, se las conoció como "carriles".
Decca resolvió este problema mediante el uso de una pantalla similar a un odómetro conocida como "decómetros". Antes de emprender un viaje, el navegador ponía el contador de carril del decómetro en su posición conocida. A medida que la nave se movía, la manecilla del dial giraba e incrementaba o disminuía el contador cuando pasaba por cero. La combinación de este número y la lectura actual del dial permitió al navegante leer directamente el retraso actual y buscarlo en una carta, un proceso mucho más sencillo que Gee o LORAN. Era mucho más fácil de usar que Decca luego agregó una función de gráficos automáticos que formaba una visualización de mapa en movimiento . Las adiciones posteriores a la cadena de señales permitieron calcular la zona y el carril directamente, eliminando la necesidad de configurar manualmente los contadores de carriles y haciendo que el sistema fuera aún más fácil de usar. [7]
Como cada señal primaria y secundaria se enviaba a una frecuencia diferente, se podía medir cualquier número de retrasos al mismo tiempo; en la práctica, se utilizó una sola primaria y tres secundarias para producir tres productos. Como cada señal se envió en una frecuencia diferente, las tres, conocidas como "verde", "roja" y "púrpura", fueron decodificadas y mostradas simultáneamente en tres decómetros. Los secundarios se distribuyeron físicamente en ángulos de 120 grados entre sí, lo que permitió al operador seleccionar el par de señales en la pantalla que se enviaron desde las estaciones lo más cerca posible de los ángulos rectos del receptor, mejorando aún más la precisión. La precisión máxima normalmente se citaba en 200 yardas, aunque estaba sujeta a errores operativos. [7]
Además de una mayor precisión y facilidad de uso, Decca también era más adecuado para su uso en tierra. Los retrasos debidos a la refracción pueden tener un efecto significativo en la sincronización del pulso, pero mucho menos en los cambios de fase. Por lo tanto, Decca se encontró con una gran demanda para el uso de helicópteros , donde las ayudas de aproximación a la pista como ILS y VOR no eran adecuadas para los aeródromos pequeños y las ubicaciones esencialmente aleatorias en las que se utilizaban los aviones. Una seria desventaja de Decca era que era susceptible al ruido, especialmente al de los rayos . Esto no era una preocupación seria para los barcos, que podían permitirse el lujo de esperar a que pasaran las tormentas, pero lo hacía inadecuado para la navegación aérea de largo alcance donde el tiempo era esencial. Se introdujeron varias versiones de Decca para esta función, en particular DECTRA y DELRAC, pero no tuvieron un uso generalizado. [8] [9]
LORAN-A fue diseñado para construirse rápidamente sobre la base de Gee y seleccionó su frecuencia de operación basándose en la combinación de la necesidad de un largo alcance sobre el agua y una precisión mínima seleccionada. El uso de frecuencias mucho más bajas, en kHz en lugar de MHz, ampliaría enormemente el alcance del sistema. Sin embargo, la precisión de la corrección es función de la longitud de onda de la señal, que aumenta a frecuencias más bajas; en otras palabras, usar una frecuencia más baja necesariamente reduciría la precisión del sistema. Con la esperanza de lo mejor, los primeros experimentos con "LF Loran" demostraron que la precisión era mucho peor de lo previsto, y se abandonaron los esfuerzos en este sentido. [10] Siguieron varios esfuerzos vacilantes de baja frecuencia, incluidos los conceptos Cyclan y Navarho, similares a Decca. Ninguno de ellos demostró ofrecer ningún avance real sobre Decca; ofrecían un alcance ligeramente mejorado o un mejor alcance pero muy poca precisión para ser útiles.
Gee y LORAN-A fueron posibles gracias al desarrollo del osciloscopio; antes de esto, no era posible medir con precisión el tiempo. LORAN-C fue posible gracias al desarrollo del bucle de bloqueo de fase (PLL) de bajo costo en la década de 1950. Un PLL produce una señal de salida constante con la misma frecuencia y fase que una señal de entrada, incluso si esa entrada es periódica o está mal recibida. En este caso, la característica importante fue que el PLL permitió la reconstrucción de una señal continua a partir de varios pulsos cortos. Un sistema que utilice PLL podría recibir una señal pulsada única, como Gee, y luego reconstruir un tono continuo para la medición de fase, como Decca.
Al reutilizar los transmisores Cyclan, la Marina de los EE. UU . comenzó a experimentar con un sistema de este tipo a mediados de la década de 1950 y lo activó permanentemente en 1957. Siguieron numerosas cadenas, que eventualmente brindaron cobertura en todo el mundo cerca de los aliados y activos de los EE. UU. [10] Aunque menos preciso que Decca, ofrecía la combinación de precisión razonable y largos alcances, una combinación que dejó obsoletos a casi todos los demás sistemas entonces en uso y condujo a su retirada gradual. LORAN-C permaneció en servicio hasta bien entrada la era de la navegación por satélite, hasta que el GPS finalmente provocó su cierre el 8 de febrero de 2010. [11]
En el funcionamiento básico, la medición era un proceso de dos pasos. Las señales primero se sintonizarían y alinearían en la pantalla de una manera similar a Gee, y la posición de las señales se utilizaría para producir una estimación aproximada de la ubicación. Esta medición fue lo suficientemente precisa como para colocar el vehículo dentro de un carril específico. Luego, el operador ampliaría enormemente la pantalla hasta que pudiera ver la señal variable dentro de las señales y luego usaría la comparación de fases para alinear con precisión la sincronización.
En bajas frecuencias y largos alcances, sería difícil saber si se está observando la fase actual de las señales directamente desde las estaciones, o comparando una señal directa con una de hace un ciclo, o quizás una reflejada en la ionosfera . Se necesita algún tipo de información secundaria para reducir esta ambigüedad. LORAN-C logró esto enviando detalles únicos en los pulsos para que cada estación pudiera identificarse de manera única. [12]
La señal se inició cuando la principal transmitió una secuencia de nueve pulsos, y el tiempo preciso entre cada pulso se utilizó para identificar la estación. Luego, cada una de las estaciones secundarias envió sus propias señales, que constan de ocho pulsos en patrones de identificación similares. Los receptores podrían utilizar los tiempos de las señales para seleccionar cadenas, identificar secundarias y rechazar las señales rebotadas en la ionosfera. [12]
Las cadenas LORAN-C se organizaron en la estación maestra, M, y hasta cinco estaciones secundarias, V, W, X, Y, Z. Todas se transmitieron a 100 kHz, una frecuencia mucho más baja que los sistemas anteriores. El resultado fue una señal que ofrecía un alcance de onda terrestre diurna de 2.250 millas, una onda terrestre nocturna de 1.650 millas y ondas celestes de hasta 3.000 millas. La precisión de la sincronización se estimó en 0,15 microsegundos, lo que ofrece precisiones del orden de 50 a 100 metros. En el uso en el mundo real, la Guardia Costera citó una precisión absoluta de 0,25 millas náuticas o mejor. [13]
Uno de los últimos sistemas de navegación hiperbólica en entrar en uso operativo fue uno de los primeros en desarrollarse; Omega remonta su historia al trabajo de John Alvin Pierce en la década de 1940, trabajando en la misma idea básica que el sistema de comparación de fases Decca. Imaginó un sistema específico para la navegación global de precisión media y, por ello, eligió como base para la señal la frecuencia extremadamente baja de 10 kHz. Sin embargo, el problema de la ambigüedad de fase, como en el caso de Decca, hizo que el sistema no fuera práctico en ese momento.
El principal problema fue la sincronización de las estaciones. Las estaciones Gee y LORAN estaban lo suficientemente cerca como para que las secundarias pudieran activarse cuando escucharan la señal de la primaria, pero para un sistema global, las estaciones podrían no ser visibles entre sí, especialmente cuando la atmósfera no cooperaba. La solución a esto se introdujo en 1955 con el reloj atómico de cesio . Estos ofrecían suficiente precisión como para poder sincronizarlos en su fábrica, enviarlos a las ubicaciones del transmisor y dejarlos funcionando durante años sin necesidad de volver a sincronizarlos. Fue necesario mucho desarrollo antes de que esto se volviera práctico, pero estos problemas se resolvieron en su mayoría en la década de 1960.
Esto dejó otro problema; Los sistemas de comparación de fases de este tipo son ambiguos y necesitan algún otro sistema para resolver en qué carril se encuentran. Esto también estaba en proceso de solución mediante el desarrollo de sistemas de navegación inercial (INS). Incluso los primeros modelos de finales de los años 50 ofrecían una precisión de unos pocos kilómetros, lo que era suficiente para determinar el carril.
Los experimentos sobre el concepto continuaron durante las décadas de 1950 y 1960, en paralelo con el desarrollo por parte de Decca de su sistema DELRAC casi idéntico. No fue hasta la década de 1960, cuando los submarinos balísticos rompehielos se convirtieron en una importante fuerza disuasoria, que surgió una necesidad apremiante de un sistema de este tipo. La Marina de los EE. UU. autorizó el despliegue completo en 1968, alcanzando un conjunto completo de 8 estaciones en 1983. Omega también resultaría ser uno de los sistemas de vida más corta, cerrándose el 20 de septiembre de 1997. [14]
Las estaciones Omega emiten una señal en onda continua en una franja horaria concreta. Los relojes atómicos también aseguraron que sus señales se enviaran con la frecuencia y fase correctas; A diferencia de los sistemas anteriores, Omega no necesitaba tener una disposición primaria/secundaria ya que los relojes eran lo suficientemente precisos como para activar las señales sin una referencia externa. Para iniciar la secuencia, la estación en Noruega transmitiría inicialmente en 10,2 kHz durante 0,9 segundos, luego se apagaría durante 0,2 segundos y luego transmitiría en 13,6 kHz durante 1,0 segundos, repitiendo este patrón. Cada estación transmitió una serie de cuatro señales de aproximadamente un segundo de duración cada una, y luego permanecieron en silencio mientras otras estaciones tomaban su turno. En cualquier instante dado, tres estaciones estarían transmitiendo al mismo tiempo en diferentes frecuencias. Los receptores seleccionarían el conjunto de estaciones que fueran más adecuadas para su ubicación determinada y luego esperarían a que aparecieran las señales de esas estaciones durante la cadena de 10 segundos. El cálculo de la solución procedió entonces exactamente de la misma manera que Decca, aunque la frecuencia de funcionamiento mucho más baja condujo a una precisión mucho menor. Las cartas de Omega indican precisiones de 2 a 4 millas náuticas. [14]
CHAYKA es la contraparte de LORAN-C en la Unión Soviética y opera con principios similares y la misma frecuencia. Se diferencia principalmente en los detalles de las envolventes del pulso. Hay cinco cadenas CHAYKA distribuidas por la ex Unión Soviética, cada una con una primaria y entre dos y cuatro secundarias.
Alpha, más correctamente conocido por su nombre soviético, RSDN-20, es esencialmente una versión de Omega desplegado en la ex Unión Soviética a partir de 1962. El sistema inicial utilizaba sólo tres transmisores que circulaban aproximadamente en una línea en Krasnodar, Revda y Novosibirsk, el siendo luego la estación principal. En 1991 se pusieron en funcionamiento dos estaciones adicionales en Khabarovsk y Seyda. Las estaciones utilizan frecuencias entre 11 y 14 kHz. [15]
Dos factores que complican los sistemas de navegación por satélite son: (1) las estaciones transmisoras (satélites) se están moviendo; y (2) las transmisiones de los satélites GPS están sincronizadas con UTC (con una compensación publicada), proporcionando así una hora precisa. El punto (1) requiere que las coordenadas del satélite se conozcan en función del tiempo (incluidas en los mensajes difundidos). El elemento (2) permite que los sistemas de navegación por satélite proporcionen información de sincronización y posición, pero requiere un algoritmo de solución más complejo. Sin embargo, estas son diferencias técnicas con los sistemas hiperbólicos fijados a la Tierra, pero no diferencias fundamentales. [16] [17]
