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 de tiempo de las ondas de radio recibidas de los transmisores de radionavegación .
Estos sistemas se basan en la capacidad de dos estaciones muy separadas para transmitir una señal que está 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 tendrán una fase idéntica, pero en cualquier otra ubicación la señal de la estación más cercana se recibirá primero o tendrá una fase diferente.
Para determinar la ubicación de un receptor es necesario que las dos estaciones sincronizadas estén sintonizadas al mismo tiempo para poder comparar las señales. Esto revela una diferencia de tiempo, que corresponde a una distancia relativa más cercana a una estación o a la otra. Al trazar todas las ubicaciones en las que puede producirse esta diferencia de tiempo, se obtiene una línea hiperbólica en un gráfico. Para tomar una "posición", también se introduce un segundo par de estaciones para producir una segunda curva de este tipo. Las dos curvas normalmente se intersectarán en dos ubicaciones, por lo que se necesita algún otro sistema de navegación o una tercera medición para determinar la ubicación exacta.
Los sistemas de localización hiperbólica se utilizaron por primera vez durante la Primera Guerra Mundial en sistemas de localización acústica para localizar la artillería enemiga . El sonido de un proyectil al ser disparado era recibido por varios micrófonos, y el tiempo de recepción enviado a un centro de cómputo para trazar la ubicación. Estos sistemas se utilizaron en la Segunda Guerra Mundial . El primer sistema de navegación por radio hiperbólica fue el Gee de la Segunda Guerra Mundial , introducido por la Real Fuerza Aérea para su uso por el Mando de Bombardeo de la RAF . A esto le siguió el Sistema de Navegación Decca en 1944 por la Marina Real , junto con LORAN por la Marina de los EE. UU. para la navegación de largo alcance en el mar. Los ejemplos de posguerra incluyen el conocido Loran-C de la Guardia Costera de los EE. UU ., el sistema internacional Omega y los Alpha y CHAYKA soviéticos . Todos estos sistemas se utilizaron hasta su reemplazo total por sistemas de navegación por satélite como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en la década de 1990.
En 2023 se probará un prototipo de sistema de navegación basado en la detección de partículas subatómicas muónicas provenientes de los rayos cósmicos , que funcionaría bajo tierra y bajo el agua. [1] [2]
Consideremos dos estaciones de radio terrestres ubicadas a una distancia determinada entre sí, digamos 300 km, de modo que estén separadas por casi exactamente 1 ms a la velocidad de la luz . Ambas estaciones están equipadas con transmisores idénticos configurados para transmitir un pulso corto a una frecuencia específica. Una de estas estaciones, llamada "secundaria", también está equipada con un receptor de radio . Cuando este receptor escucha la señal de la otra estación, denominada "principal", activa su propia transmisión. La estación principal puede entonces transmitir cualquier serie de pulsos, y la secundaria los escucha y genera la misma serie después de un retraso de 1 ms.
Consideremos un receptor portátil situado 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. Al medir este tiempo, podrían determinar que están exactamente a 150 km de ambas estaciones y, por lo tanto, determinar con exactitud 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 lejana.
Si el receptor se desplaza hacia un lado de la línea 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 km 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 intersectarán en dos puntos. Con cualquier fuente adicional de información de navegación, se puede eliminar una de estas dos intersecciones como posibilidad y, por lo tanto, revelar su ubicación exacta o "corregirla".
Este enfoque plantea un serio problema práctico: para medir el tiempo que tardan las señales en llegar al receptor, este debe saber la hora exacta en la que se envió la señal originalmente. 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 de los relojes era un problema sin resolver hasta la introducción generalizada de receptores GPS económicos.
En la década de 1930, no era posible realizar mediciones de tiempo tan precisas; era bastante difícil construir un reloj con la precisión requerida en forma fija, y mucho menos portátil. Un oscilador de cristal de alta calidad , por ejemplo, se desvía entre 1 y 2 segundos en un mes, o1,4 × 10 −3 segundos por hora . [3] Puede parecer poco, pero como la luz viaja a 300 millones de metros por segundo (190.000 millas por segundo), esto representa una deriva de 420 km por hora. Solo unas pocas horas de vuelo harían que un sistema así fuera inutilizable, una 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 había llevado a cabo entre 1935 y 1938 como parte de los esfuerzos por implementar sistemas de radar . El Reino Unido , en particular, había invertido un esfuerzo considerable en el desarrollo de su sistema Chain Home . Los sistemas de visualización de radar para 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 amplificaban y se enviaban a la pantalla, produciendo un "blip". Al medir la distancia a lo largo de la cara del osciloscopio de cualquier blip, se podía medir el tiempo entre la transmisión y la recepción, revelando así el alcance hasta el objetivo.
Con una ligera modificación, la misma pantalla podría utilizarse para cronometrar la diferencia entre dos señales arbitrarias. Para usos 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 activaría su traza cuando recibiera la señal primaria. A medida que llegaran las señales de la secundaria, provocarían un destello en la pantalla de la misma manera que un objetivo en el radar, y el retraso exacto entre la señal primaria y la secundaria se determinaría fácilmente.
Consideremos los mismos ejemplos que en nuestros casos originales de tiempo absoluto. Si el receptor está ubicado en el punto medio de la línea base, las dos señales se recibirán exactamente al mismo tiempo, por lo que el retraso entre ellas será cero. Sin embargo, el retraso será cero no solo si están ubicadas a 150 km de ambas estaciones y, por lo tanto, en el medio de la línea base, sino también si están ubicadas a 200 km de ambas estaciones, y a 300 km, y así sucesivamente. Por lo tanto, 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 base.
En el segundo ejemplo, los receptores determinaron que el tiempo 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 base. Se pueden dibujar cartas de navegación con las curvas para los retrasos seleccionados, por ejemplo, cada 0,1 ms. El operador puede determinar entonces en cuál de estas líneas se encuentran midiendo el retraso y mirando la carta.
Una sola medición revela una variedad de posibles ubicaciones, 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 retardos, uno la diferencia entre la estación primaria y la secundaria "A", y el otro entre la estación primaria y la secundaria "B". Al buscar ambas curvas de retardo en el gráfico, se encontrarán dos intersecciones, y una de ellas se puede seleccionar 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 consiste en nada más que un receptor de radio convencional conectado a un osciloscopio.
Como un secundario no podía transmitir instantáneamente su pulso de señal al recibir la señal primaria, se incorporó un retardo fijo a la señal. Independientemente del retardo seleccionado, habrá algunos lugares en los que se recibirá la señal de dos secundarios al mismo tiempo, lo que dificultará su visualización en la pantalla. Se necesitaba algún método para identificar un secundario de otro. 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 hiperbólica, comenzando con reflexiones sobre el tema en 1931 como parte de su examen de maestría en la Seefahrtschule Lübeck (Escuela Superior de Navegación). Después de aceptar el puesto de profesor de Matemáticas, Física y Navegación en la Kaisertor de Lübeck, Harms intentó demostrar la navegación hiperbólica haciendo uso de transmisores y receptores simples. El 18 de febrero de 1932 recibió la patente del Reich n.º 546000 por su invención. [4] [5]
El primer sistema de navegación hiperbólica operativo fue el Gee del Reino Unido , utilizado por primera vez de forma experimental por el Mando de Bombardeo de la RAF en 1941. El Gee se utilizó tanto para bombardear Alemania como para la navegación en la zona del Reino Unido, especialmente para aterrizar de noche. Se construyeron varias cadenas Gee en el Reino Unido y, después de la guerra, se ampliaron a cuatro cadenas en el Reino Unido, dos en Francia y una en el norte de Alemania. Durante un período tras la formación de la Organización de Aviación Civil Internacional en 1946, el Gee se consideró la base de un estándar mundial para la navegación, pero se seleccionó en su lugar el sistema de rango omnidireccional VHF (VOR), y la última cadena Gee finalmente se cerró en 1970. [6]
Las señales Gee de una cadena dada se enviaban todas en una sola frecuencia. La estación primaria enviaba dos señales, la señal "A" que marcaba el comienzo de un período de tiempo, y la señal "D" que eran esencialmente dos "A" para marcar el final. En cada período, una de las dos secundarias respondía, alternando sus señales "B" y "C". El patrón resultante era "ABD... ACD... ABD..." Se utilizó un receptor de banda ancha para sintonizar la cadena y la salida se enviaba al osciloscopio del operador . Como las cadenas estaban espaciadas muy cerca en frecuencia para permitir que las recibiera un solo sintonizador, esto a veces daba como resultado que las señales de varias cadenas aparecieran en la pantalla. Para distinguir las cadenas en estos casos, se tecleaba periódicamente una segunda señal "A", la "A1" o "A fantasma", y el patrón de parpadeo en la pantalla podía usarse para identificar la cadena. [6]
El operador sintonizaba inicialmente su receptor para ver una secuencia de pulsos en la pantalla, a veces incluyendo los de otras cadenas que estaban cerca en frecuencia. Luego sintonizaba un oscilador local que activaba la traza del osciloscopio para que coincidiera con el reloj de la estación principal (que podía cambiar, y lo hizo, con el tiempo). A continuación, utilizaba un retardo variable que se añadía 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 extremo izquierdo del osciloscopio (la acción es idéntica al dial de "retención horizontal" de un televisor analógico). Finalmente, se sintonizaba la velocidad de la traza a través de la pantalla de modo que el pulso D fuera visible justo a la derecha. La distancia del pulso B o C desde el pulso A ahora se podía medir con una escala adjunta. Los retrasos resultantes se podían consultar en una carta de navegación. [6]
La pantalla era relativamente pequeña, lo que limitaba la resolución y, por lo tanto, la determinación del retraso. Se citó una precisión de medición de 1 microsegundo, lo que dio como resultado una precisión de la determinación de la hiperbólica correcta de aproximadamente 150 metros, y cuando se combinaron dos de esas mediciones, la precisión de fijación resultante fue de alrededor de 210 m. A 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, [6] aunque se hicieron varias correcciones de largo alcance en circunstancias inusuales.
Los Estados Unidos también habían considerado la navegación hiperbólica ya en 1940 y comenzaron un esfuerzo de desarrollo conocido como Proyecto 3, que era similar al Gee. Solo se habían logrado avances vacilantes cuando se presentó el Gee, que ya estaba entrando en producción. El Gee fue seleccionado inmediatamente para la 8.ª Fuerza Aérea y el equipo del Proyecto 3 dirigió su atención a otros usos, y finalmente consideró la navegación de convoyes en particular.
El nuevo concepto se basaba en el uso de ondas ionosféricas para permitir que los pulsos se recibieran a distancias muy largas. Esto producía señales recibidas considerablemente más complejas que con el sistema de línea de visión de Gee, y era más difícil de interpretar. Sin embargo, con esa excepción, los dos sistemas eran muy similares en concepto y diferían en gran medida en las selecciones de frecuencia y los detalles de la sincronización de los pulsos. Robert J. Dippy, inventor de Gee, se mudó a los EE. UU. a mediados de 1942 para ayudar con los detalles de las estaciones terrestres. Durante este tiempo, exigió que se hiciera una versión aerotransportada de los receptores, que debería ser intercambiable con Gee. El sistema resultante surgió como LORAN , para LOng RAnge Navigation, y la primera cadena de dos estaciones se puso en funcionamiento en junio de 1942. [7] LORAN se convirtió en LORAN-A cuando comenzó el diseño de su reemplazo, este fue 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 un canal adicional, pero nunca se usó operativamente. En comparación con el alcance de 450 millas (720 km) de Gee a través del aire, LORAN tenía un alcance de aproximadamente 1,500 millas (2,400 km) sobre el agua y 600 millas (970 km) sobre la tierra. El funcionamiento era generalmente similar al de Gee, pero solo se mostraba una de las señales secundarias a la vez. Para solucionarlo, el operador debía medir un retraso, luego el otro y luego buscar los retrasos resultantes en los gráficos. Este era un proceso que consumía mucho tiempo y podía tardar varios minutos, tiempo durante el cual el vehículo estaba en movimiento. La precisión se citó como 1% del alcance. [7]
LORAN utilizó dos métodos para identificar una cadena. Uno era la frecuencia operativa, con cuatro "canales", como en Gee. El segundo era la velocidad a la que se repetían los pulsos, con velocidades "altas", "bajas" y "lentas". Esto permitió hasta 12 cadenas en un área determinada. Además, la repetición originalmente constante de los pulsos se modificó posteriormente para crear otros ocho patrones únicos, lo que permitió un total de 96 pares de estaciones. Cualquier cadena dada podría utilizar uno o más pares de estaciones, lo que requiere una gran cantidad de señales únicas para una cobertura amplia. [7]
El sistema de navegación Decca fue desarrollado originalmente en los EE. UU., pero finalmente fue implementado por la compañía Decca Radio en el Reino Unido y comúnmente se lo conoce como un sistema británico. Inicialmente desarrollado para la Marina Real como un complemento preciso a 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 después de la guerra y compitió con GEE y otros sistemas para uso civil. Una variedad de razones, en particular su facilidad de uso, lo mantuvieron en 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. [8] [9]
Decca se basaba 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 podía medirse con una precisión de 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 sin dejar de 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 alrededor de 500 millas para el sistema básico.
Otra ventaja es que es fácil visualizar la fase relativa de dos señales utilizando simples indicadores electromecánicos . A diferencia de Gee y LORAN, que requerían el uso de osciloscopios para medir los tiempos de las señales, Decca utilizaba una serie de tres indicadores mecánicos que costaban una fracción del costo, ocupaban menos espacio y permitían el examen simultáneo de tres señales. Esto hizo que Decca fuera mucho más económico 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 en 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 irradiaban desde 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 salir de viaje, el navegante fijaba el contador de carril del decómetro en su posición conocida. A medida que la nave se movía, la manecilla del dial giraba y aumentaba o disminuía el contador cuando pasaba de cero. La combinación de este número y la lectura actual del dial permitía al navegante leer directamente el retraso actual y buscarlo en un mapa, un proceso mucho más fácil que Gee o LORAN. Era tanto más fácil de usar que Decca añadió más tarde una función de cartografía automática que formaba una pantalla de mapa móvil . Las incorporaciones posteriores a la cadena de señales permitieron calcular directamente la zona y el carril, eliminando la necesidad de configurar manualmente los contadores de carril y haciendo que el sistema fuera aún más fácil de usar. [9]
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 utilizaba una única señal primaria y tres secundarias para producir tres salidas. Como cada señal se enviaba a una frecuencia diferente, las tres, conocidas como "verde", "roja" y "violeta", se decodificaban simultáneamente y se mostraban en tres decómetros. Las secundarias se distribuían físicamente en ángulos de 120 grados entre sí, lo que permitía al operador seleccionar el par de señales en la pantalla que se enviaban desde estaciones lo más cerca posible de los ángulos rectos con respecto al receptor, mejorando aún más la precisión. La precisión máxima se citaba normalmente como 200 yardas, aunque eso estaba sujeto a errores operativos. [9]
Además de una mayor precisión y facilidad de uso, Decca también era más adecuado para su uso sobre 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 tuvo una gran demanda para su uso en helicópteros , donde las ayudas de aproximación a la pista como ILS y VOR no eran adecuadas para los pequeños aeródromos y las ubicaciones esencialmente aleatorias en las que se utilizaban los aviones. Una desventaja grave de Decca era que era susceptible al ruido, especialmente de los rayos . Esto no era una preocupación grave para los barcos, que podían permitirse 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 se utilizaron ampliamente. [10] [11]
LORAN-A fue diseñado para ser construido rápidamente sobre la base de Gee, y se seleccionó su frecuencia operativa en función de 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 fijación es una función de la longitud de onda de la señal, que aumenta a frecuencias más bajas; en otras palabras, el uso de una frecuencia más baja necesariamente reduciría la precisión del sistema. Esperando lo mejor, los primeros experimentos con "LF Loran" demostraron en cambio que la precisión era mucho peor de lo previsto, y los esfuerzos en esa línea se abandonaron. [12] 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; o bien ofrecían un alcance marginalmente mejorado, o mejor alcance pero demasiado poca precisión para ser útiles.
Gee y LORAN-A se hicieron posibles gracias al desarrollo del osciloscopio; antes de esto, no era posible medir el tiempo con precisión. LORAN-C se hizo posible gracias al desarrollo del bucle de enganche de fase (PLL) de bajo costo en la década de 1950. Un PLL produce una señal de salida estable con la misma frecuencia y fase que una señal de entrada, incluso si esa entrada es periódica o se recibe mal. En este caso, la característica importante fue que el PLL permitió la reconstrucción de una señal continua a partir de una serie de pulsos cortos. Un sistema que utiliza PLL podría recibir una sola señal pulsada, como Gee, y luego reconstruir un tono continuo para la medición de fase, como Decca.
La Marina de los Estados Unidos reutilizó los transmisores Cyclan y comenzó a experimentar con un sistema de este tipo a mediados de los años 50, que encendió de forma permanente en 1957. A continuación se crearon numerosas cadenas que finalmente proporcionaron cobertura en todo el mundo cerca de los aliados y activos estadounidenses. [12] Aunque era menos preciso que el Decca, ofrecía una combinación de precisión razonable y grandes alcances, una combinación que dejó obsoletos a casi todos los demás sistemas que se utilizaban en ese momento 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. [13]
En su funcionamiento básico, la medición era un proceso de dos pasos. Primero se sintonizaban las señales y se alineaban en la pantalla de un modo similar al de Gee, y se utilizaba la posición de los puntos luminosos para generar una estimación aproximada de la ubicación. Esta medición era lo suficientemente precisa como para ubicar el vehículo en un carril específico. Luego, el operador ampliaba considerablemente la pantalla hasta que podía ver la señal variable dentro de los puntos luminosos y luego utilizaba la comparación de fases para alinear con precisión la sincronización.
En frecuencias bajas y grandes distancias, sería difícil saber si se está observando la fase actual de las señales directamente de 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 ser identificada de manera única. [14]
La señal se iniciaba cuando la estación primaria transmitía una secuencia de nueve pulsos, y el tiempo preciso entre cada pulso se utilizaba para identificar la estación. Cada una de las estaciones secundarias enviaba entonces sus propias señales, que consistían en ocho pulsos en patrones de identificación similares. Los receptores podían utilizar los tiempos de las señales para seleccionar cadenas, identificar estaciones secundarias y rechazar señales que rebotaban en la ionosfera. [14]
Las cadenas LORAN-C se organizaron en la estación maestra, M, y hasta cinco estaciones secundarias, V, W, X, Y, Z. Todas transmitían 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 2250 millas, onda terrestre nocturna de 1650 millas y ondas ionosféricas de hasta 3000 millas. La precisión de tiempo 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. [15]
Uno de los últimos sistemas de navegación hiperbólica que entró 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, que trabajaba sobre la misma idea básica que el sistema de comparación de fase Decca. Imaginó un sistema específicamente para la navegación global de precisión media y, por lo tanto, seleccionó la frecuencia extremadamente baja de 10 kHz como base para la señal. Sin embargo, el problema con la ambigüedad de fase, como en el caso de Decca, significó que el sistema no era práctico en ese momento.
El problema principal era sincronizar 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 en forma del reloj atómico de cesio . Estos ofrecían suficiente precisión como para poder sincronizarlos en su fábrica, enviarlos a las ubicaciones de los transmisores y dejarlos funcionando durante años sin necesidad de volver a sincronizarlos. Se necesitó mucho desarrollo antes de que se volvieran prácticos, 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 determinar en qué carril se encuentran. Esto también se estaba solucionando mediante el desarrollo de los sistemas de navegación inercial (INS). Incluso los primeros modelos de finales de la década de 1950 ofrecían una precisión de unas pocas millas, lo que era suficiente para determinar el carril.
Los experimentos sobre este concepto continuaron durante los años 50 y 60, en paralelo con el desarrollo por parte de Decca de su sistema DELRAC, casi idéntico. No fue hasta los años 60, cuando los submarinos balísticos rompehielos se convirtieron en una fuerza de disuasión principal, que hubo una necesidad apremiante de un sistema de este tipo. La Marina de los EE. UU. autorizó su despliegue completo en 1968, alcanzando un conjunto completo de 8 estaciones en 1983. Omega también demostraría ser uno de los sistemas de vida más corta, ya que se apagó el 20 de septiembre de 1997. [16]
Las estaciones Omega transmitían una señal de onda continua en un intervalo de tiempo específico. Los relojes atómicos también garantizaban que sus señales se enviaran con la frecuencia y la fase correctas; a diferencia de los sistemas anteriores, Omega no necesitaba tener una disposición primaria/secundaria ya que los relojes eran lo suficientemente precisos para activar las señales sin una referencia externa. Para iniciar la secuencia, la estación en Noruega transmitía inicialmente en 10,2 kHz durante 0,9 segundos, luego se apagaba durante 0,2 segundos, luego transmitía en 13,6 kHz durante 1,0 segundos, repitiendo este patrón. Cada estación transmitía una serie de cuatro señales de este tipo que duraban aproximadamente un segundo cada una, y luego permanecía en silencio mientras otras estaciones tomaban su turno. En un instante dado, tres estaciones transmitían al mismo tiempo en diferentes frecuencias. Los receptores seleccionaban el conjunto de estaciones que eran más adecuadas para su ubicación dada y luego esperaban a que las señales de esas estaciones aparecieran durante la cadena de 10 segundos. El cálculo de la corrección se realizaba entonces exactamente de la misma manera que Decca, aunque la frecuencia de funcionamiento mucho más baja conducía a una precisión mucho menor. Las cartas de Omega citan precisiones de entre 2 y 4 millas náuticas. [16]
CHAYKA es la contraparte soviética de LORAN-C y funciona con principios similares y la misma frecuencia. Se diferencia principalmente en los detalles de las envolventes de pulso. Hay cinco cadenas CHAYKA distribuidas por la ex Unión Soviética, cada una con un primario y entre dos y cuatro secundarios.
Alpha, más correctamente conocida por su nombre soviético, RSDN-20, es esencialmente una versión de Omega desplegada en la ex Unión Soviética a partir de 1962. El sistema inicial utilizaba sólo tres transmisores que funcionaban aproximadamente en línea en Krasnodar, Revda y Novosibirsk, siendo esta última la estación principal. En 1991 entraron en funcionamiento dos estaciones adicionales en Khabarovsk y Seyda. Las estaciones utilizan frecuencias entre 11 y 14 kHz. [17]
Dos factores que complican la situación de los sistemas de navegación por satélite son: (1) las estaciones transmisoras (satélites) se encuentran en movimiento; y (2) las transmisiones por satélite del GPS están sincronizadas con la hora universal coordinada (UTC) (con una diferencia de tiempo publicada), lo que permite obtener una hora precisa. El punto (1) exige que las coordenadas del satélite se conozcan en función del tiempo (incluidas en los mensajes de transmisión). El punto (2) permite que los sistemas de navegación por satélite proporcionen información sobre la posición y la hora, pero requiere un algoritmo de solución más complejo. Sin embargo, se trata de diferencias técnicas con respecto a los sistemas hiperbólicos fijos en la Tierra, pero no son diferencias fundamentales. [18] [19]
El sistema proporcionó una precisión absoluta mejor que 0,25 millas náuticas para usuarios adecuadamente equipados dentro de las áreas publicadas.
