LORAN ( angl. LO ng RA nge N avigation ) je pozemní radionavigační systém . Systém LORAN byl vyvinut Alfredem Loomisem a byl široce používán americkým a britským námořnictvem během druhé světové války . V upravené podobě jej používalo letectvo , letadlo námořnictva a letectvo americké pobřežní stráže až do roku 1980. Donedávna sloužil pro potřeby civilního letectví .
LORAN byl hyperbolický radionavigační systém, který umožňoval přijímači určovat svou polohu pomocí zaměřování nízkofrekvenčních rádiových signálů vysílaných pevnými pozemními majáky. LORAN zkombinoval dvě různé metody, aby poskytl signál, který byl jak dlouhý, tak vysoce přesný, vlastnosti, které bývaly v rozporu. Nevýhodou byla nutnost použití drahého a těžkého přijímacího zařízení potřebného k interpretaci signálů, takže Loran-C po svém zavedení v roce 1957 využívala především armáda.
V 70. letech 20. století cena, váha a velikost elektroniky potřebné k implementaci Loran-C dramaticky klesly kvůli zavedení elektroniky v pevné fázi a zejména použití raných mikrokontrolérů pro interpretaci signálu. Levná a snadno použitelná zařízení Loran-C se stala běžnou od konce 70. let, zejména na počátku 80. let, což vedlo k vyřazení dřívějšího systému LORAN ve prospěch instalace více stanic Loran-C po celém světě. Loran-C se stal jedním z nejběžnějších a nejrozšířenějších navigačních systémů pro velké oblasti Severní Ameriky, Evropy, Japonska a v celém Atlantiku a Pacifiku. V Sovětském svazu fungoval téměř identický systém – „Racek“ .
Zavedení civilní satelitní navigace v 90. letech vedlo k velmi rychlému poklesu používání Loran-C. Diskuse o budoucnosti Loran-C začala v 90. letech a měla několik termínů odstávky, která byla následně zrušena. V roce 2010 byly uzavřeny americký a kanadský systém, stejně jako sdílené stanice Loran-C/Chaika s Ruskem. Několik dalších obvodů zůstalo aktivních a některé byly modernizovány pro další použití. Na konci roku 2015 byly ve většině evropských zemí vypnuty navigační sítě. V prosinci 2015 byly také ve Spojených státech znovu otevřeny diskuse o financování systému eLoran, přičemž NIST nabídla financování vývoje přijímače eLoran o velikosti mikročipu pro distribuci časovacího signálu.
Nedávno byla zavedena legislativa Spojených států, jako je zákon o národní odolnosti a bezpečnosti z roku 2017 a další zákony, které by mohly Lorana vzkřísit.
Původní Laurent navrhl Alfred Lee Loomis na zasedání výboru pro mikrovlnné trouby. United States Army Air Corps se začal zajímat o koncept letecké navigace a po nějaké diskusi vrátil požadavek na systém nabízející přesnost asi 1 míle (1,6 km) při dosahu 200 mil (320 km) a max. dosah až 500 mil (800 km) pro letadla ve velkých výškách. Mikrovlnný výbor, v té době organizovaný do toho, co se stalo MIT Radiation Laboratory, převzal vývoj Projektu 3. Během úvodních setkání se člen britského styčného týmu Taffy Bowen zmínil, že věděl, že Britové také pracují na podobném konceptu. ale neměl žádné informace o jeho účinnosti.
Konstrukční tým vedený Loomisem udělal rychlý pokrok ve vývoji vysílače a během roku 1940 otestoval několik systémů, než se rozhodl pro 3 MHz zdroj. Rozsáhlé studie síly signálu byly provedeny montáží konvenčního rádia do auta a jízdou po oblasti kolem východních států. Jako větší problém se však ukázal vlastní design přijímače a s ním spojené displeje s katodovými trubicemi. Přes několik pokusů o vyřešení tohoto problému nestabilita displeje znemožňovala přesné měření.
V té době se tým mnohem lépe seznámil s britským systémem Gee a byl si vědom své související práce na „strobe“, generátoru časové základny, který produkoval dobře umístěná „pips“ na displeji, která mohla být použita pro přesné měření. . V roce 1941 se setkali s týmem Gee a okamžitě se rozhodli. Toto setkání také ukázalo, že Project 3 a Gee vyžadovaly téměř identické systémy s podobným výkonem, dosahem a přesností, ale Gee již dokončoval základní vývoj a vstupoval do počáteční výroby, takže Project 3 byl nadbytečný.
V reakci na to tým Projektu 3 řekl armádním vzdušným silám, aby se postavily Gee, a přeorientovaly své vlastní úsilí o oceánskou navigaci na dlouhé vzdálenosti. To vedlo k zájmu námořnictva Spojených států a řada experimentů rychle prokázala, že systémy využívající základní koncept Gee, ale pracující na nižší frekvenci asi 2 MHz, nabídnou přiměřenou přesnost v řádu několika mil na vzdálenost. řádově 1250 mil (2010 km). ), alespoň v noci, kdy signály v tomto frekvenčním rozsahu mohou projít ionosférou. Následoval rychlý vývoj a v roce 1943 byl uveden do provozu systém pokrývající západní Atlantik. Následovaly další stanice, nejprve pokrývající evropskou stranu Atlantiku a poté velké rozšíření v Pacifiku. Do konce války bylo aktivních 72 Laurent stanic a až 75 000 přijímačů.
V roce 1958 byl provoz systému LORAN převeden na Pobřežní stráž Spojených států, která systém přejmenovala na „Loran-A“.
Existují dva způsoby, jak implementovat časování potřebné pro hyperbolický navigační systém, systémy časování pulzů, jako jsou Gee a LORAN, a systémy časování fází, jako je systém Decca Navigator.
První z nich vyžaduje ostré signální impulsy a jejich přesnost je obvykle omezena tím, jak rychle lze impulsy zapnout a vypnout, což je funkcí nosné frekvence. V signálu je nejistota; stejná měření mohou platit na dvou místech vzhledem k vysílačům, ale v běžném provozu jsou od sebe vzdáleny stovky kilometrů, takže tato možnost může být vyloučena.
Druhý systém využívá konstantní signály ("nepřetržitá vlna") a provádí měření porovnáním fáze obou signálů. Tento systém se snadno používá i při velmi nízkých frekvencích. Jeho signál je však na vlnové délce nejednoznačný, což znamená, že existují stovky míst, která vrátí stejný signál. Decca označovala tato nejednoznačná místa jako buňky. To vyžaduje použití nějaké jiné navigační metody ve spojení s výběrem, ve které buňce se přijímač nachází, a poté pomocí fázových měření pro přesné umístění přijímače do buňky.
Bylo vynaloženo mnoho úsilí na vytvoření nějakého druhu sekundárního systému s nízkou přesností, který by mohl být použit se systémem porovnávání fází, jako je Decca, pro jednoznačnost. Mezi mnoha metodami byly směrové vysílací systémy známé jako POPI a různé systémy kombinující časování pulsů pro navigaci s nízkou přesností a poté využívající fázové srovnání pro jemné ladění. Decca sama přidělila jednu frekvenci, „9f“, k testování tohoto konceptu, ale příležitost k tomu měla až mnohem později. Podobné koncepty byly také použity v experimentálním systému Navarho ve Spojených státech.
Od počátku projektu Laurent bylo známo, že stejné CRT displeje, které ukazovaly Laurentovy pulsy, mohou při vhodném zvětšení zobrazovat i jednotlivé mezifrekvenční vlny. To znamenalo, že pulsní přizpůsobení mohlo být použito k získání hrubé korekce a operátor pak mohl získat další přesnost časování seřazením jednotlivých vln v pulsu, jako je Decca. To by mohlo být použito buď k výraznému zlepšení přesnosti LORAN, nebo alternativně nabídnout podobnou přesnost s použitím mnohem nižších nosných frekvencí a tím značně rozšířit dosah. To by vyžadovalo, aby vysílací stanice byly synchronizovány jak v čase, tak ve fázi, ale většinu tohoto problému vyřešili inženýři Decca.
Dálková varianta měla značný zájem o pobřežní stráž, která v roce 1945 vytvořila experimentální systém známý jako LF LORAN. To fungovalo na mnohem nižších frekvencích než původní LORAN, na 180 kHz, a vyžadovalo velmi dlouhé balónové antény. Testování probíhalo po celý rok, včetně několika dálkových letů do Brazílie. Experimentální systém byl poté odeslán do Kanady, kde byl použit během operace Muskox v Arktidě. Přesnost byla zjištěna na 150 stop (46 m) na 750 mil (1 210 km), což je významný pokrok oproti Laurentovi. S koncem Muskox bylo rozhodnuto ponechat systém v chodu pod tím, co se stalo známým jako „Operace Musk Calf“, provozované skupinou skládající se z amerického letectva, královského kanadského letectva, královského kanadského námořnictva a královského sboru signálů. Systém fungoval až do září 1947.
To vedlo k další velké sérii testů, tentokrát nově vytvořených USAF, známých jako Operation Beetle. Beetle se nacházel na Dálném severu, na hranici mezi Kanadou a Aljaškou, a používal nové 625 stop (191 m) ocelové věže, které nahradily dřívější kabelové antény balónu. Systém byl uveden do provozu v roce 1948 a běžel dva roky až do února 1950. Bohužel byly stanice špatně umístěny, protože rádiový přenos přes permafrost byl mnohem kratší, než se očekávalo, a synchronizace signálů mezi stanicemi pomocí pozemních vln nebyla možná. Testy také ukázaly, že použití systému bylo v praxi extrémně obtížné; pro operátora bylo snadné vybrat špatné části signálů na jejich displeji, což vedlo k významné chybě ve skutečnosti.
Systém pulsně-fázového rozdílu LORAN-C pracuje na frekvenci 100 kHz. Na těchto frekvencích může být významná absorpce rádiových vln v ionosféře , zejména při velkých úhlech dopadu. Systém LORAN-C patří do třídy hyperbolických systémů, i když je založen na měření nikoli fáze, ale zpoždění impulsů přijímaných z řetězce vysílacích stanic. V každém řetězci je jedna ze stanic hlavní a zbytek jsou podřízené. Všechny jsou dokonale synchronizované. Přijímač měří přesnost příchodu pulsu s přesností 0,1 µs a při použití přízemní vlny lze polohu určit s přesností 150 m na vzdálenost až 1500 km (na moři). V obecném případě je signál součtem přízemní vlny a signálů odražených jednou nebo vícekrát od ionosféry. Ve vzdálenostech větších než 2000 km dominuje nebeská vlna a přesnost bude záviset na stavu ionosféry. Testy ukázaly, že v některých případech může dojít k několikakilometrovým chybám. Proto ani za ideálních podmínek nebude mít systém LORAN-C takovou přesnost, jakou poskytují satelitní systémy GPS a GLONASS .
Za technickou implementaci nejnovějšího taktického navigačního systému ( Tactical LORAN ) pro armádu odpovídali následující soukromí dodavatelé :
Systém je určen pro použití stíhacími bombardéry, útočnými a vojenskými dopravními letouny. Celkové řízení pracovního programu amerického letectva zajišťovala divize elektronických systémů Úřadu pro vývoj systémů a zbraní , Hanscom Field , Massachusetts 1] .
Navigační systém LORAN-C má k dnešnímu dni ve světě 34 okruhů, které pokrývají území USA, severní Evropy a přilehlé mořské oblasti na severní polokouli. Přijímače LORAN-C jsou vybaveny jednotlivými vzorky terminálů amerického systému Omnitracs. Rusko provozuje systém pro podobný účel jako LORAN-C, přezdívaný „ Racek “.
V listopadu 2009 americká pobřežní stráž oznámila, že systém LORAN-C není pro námořní navigaci vyžadován. Toto rozhodnutí ponechalo další existenci LORAN a eLORAN v USA na uvážení ministra ministerstva vnitřní bezpečnosti USA. [2] Podle zákona o apropriaci Ministerstva vnitřní bezpečnosti USA ukončila americká pobřežní stráž 8. února 2010 veškerou signalizaci LORAN-C. Toto ukončení nemělo vliv na účast USA v rusko-americké nebo kanadské kanadské síti LORAN-C. Účast USA v těchto sítích dočasně pokračovala v souladu s mezinárodními dohodami. [3]
Uživatelům systému LORAN-C bylo doporučeno používat k navigaci systém GPS. K 1. srpnu 2010 byl ukončen provoz amerických stanic LORAN-C v rámci rusko-amerického okruhu a od 3. srpna 2010 v rámci americko-kanadského okruhu. Práce systému LORAN-C ve Spojených státech je tedy nyní plně dokončena. [čtyři]
Předpokládá se, že některé objekty starého systému LORAN budou použity v aktualizovaném systému eLORAN, který se vyznačuje použitím nového typu zařízení s digitálním zpracováním signálu, poskytující přesnost určování polohy srovnatelnou s SNA . eLORAN bude rovněž zařazen do společného systému časové signalizace. Systém eLORAN se plánuje vyvíjet a v budoucnu používat jako pomocný systém ve spojení s globálními satelitními navigačními systémy. Jednou z důležitých vlastností tohoto systému je podle odborníků odolnost proti rušení spojenému s využitím rozsahu dlouhých rádiových vln pro přenos signálu. Zatímco u satelitního systému GPS byla potvrzena možnost úmyslného rušení a narušení běžného provozu systému.
V roce 2014 Norsko a Francie oznámily, že všechny jejich zbývající vysílače, které tvoří velkou část systému Eurofix, budou 31. prosince 2015 odstaveny.[34] dva zbývající vysílače v Evropě (Anthorn, Spojené království a Sylt, Německo) již nebudou moci podporovat službu určování polohy a navigace Loran, což způsobí, že Spojené království oznámilo, že zkušební služba eLoran bude od stejného data ukončena.
| Navigační systémy | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelit |
| ||||||
| Přízemní | |||||||
| Diferenční korekční systémy | |||||||