OMEGA была первой глобальной радионавигационной системой, эксплуатируемой Соединенными Штатами в сотрудничестве с шестью странами-партнерами. Это была гиперболическая навигационная система, позволяющая кораблям и самолетам определять свое местоположение, принимая радиосигналы очень низкой частоты (ОНЧ) в диапазоне от 10 до 14 кГц, передаваемые глобальной сетью из восьми фиксированных наземных радиомаяков , с использованием навигационного приемника. Она начала работать около 1971 года и была закрыта в 1997 году в пользу Глобальной системы позиционирования .
Принятие " фикса " в любой навигационной системе требует определения двух измерений. Обычно они выполняются относительно фиксированных объектов, таких как выдающиеся ориентиры или известное местоположение вышек радиопередачи. Измеряя угол до двух таких мест, можно определить положение навигатора. В качестве альтернативы можно измерить угол и расстояние до одного объекта или расстояние до двух объектов.
Внедрение радиосистем в 20 веке резко увеличило расстояния, на которых можно было проводить измерения. Такая система также требовала гораздо большей точности измерений — погрешность в один градус угла могла быть приемлемой при определении местоположения маяка в нескольких милях, но была бы ограниченно полезна при использовании на радиостанции в 300 милях (480 км). Было разработано множество методов для определения местоположения с относительно небольшими угловыми погрешностями, но даже они, как правило, были полезны только для систем ближнего действия.
Та же электроника, которая заставляла работать базовые радиосистемы, ввела возможность делать очень точные измерения задержки времени, и, таким образом, очень точные измерения расстояния. Проблема была в том, чтобы знать, когда была инициирована передача. С радаром это было просто, поскольку передатчик и приемник обычно находились в одном месте. Измерение задержки между отправкой сигнала и получением эха позволяло точно измерять дальность.
Для других целей, например, воздушной навигации , приемник должен был знать точное время передачи сигнала. Это было невозможно с использованием электроники того времени. Вместо этого две станции синхронизировались, используя один из двух переданных сигналов в качестве триггера для второго сигнала после фиксированной задержки. Сравнивая измеренную задержку между двумя сигналами и сравнивая ее с известной задержкой, было обнаружено, что положение самолета лежит вдоль изогнутой линии в пространстве. При выполнении двух таких измерений против далеко разнесенных станций полученные линии перекрывались в двух местах. Эти места обычно находились достаточно далеко друг от друга, чтобы позволить обычным навигационным системам, таким как навигационное счисление , исключить неправильное решение о местоположении.
Первой из этих гиперболических навигационных систем была британская Gee и Decca , за которой последовали американские системы LORAN и LORAN-C . LORAN-C обеспечивала точную навигацию на расстояниях более 1000 километров (620 миль), а благодаря размещению «цепочек» станций по всему миру они обеспечивали сравнительно широкое покрытие.
Ключом к работе гиперболической системы было использование одного передатчика для передачи «главного» сигнала, который использовался «вторичными» в качестве триггера. Это ограничивало максимальный диапазон, на котором могла работать система. На очень коротких расстояниях, в десятки километров, триггерный сигнал мог передаваться по проводам. На больших расстояниях передача сигналов по воздуху была более практичной, но все такие системы имели ограничения по дальности того или иного рода.
Радиосигнализация на очень большие расстояния возможна с использованием длинноволновых методов (низких частот), что позволяет создать гиперболическую систему по всей планете. Однако на этих расстояниях радиосигналы не распространяются по прямым линиям, а отражаются от различных областей над Землей, известных под общим названием ионосфера . На средних частотах это, по-видимому, «изгибает» или преломляет сигнал за горизонтом. На более низких частотах, VLF и ELF, сигнал будет отражаться от ионосферы и земли, позволяя сигналу проходить большие расстояния за несколько «прыжков». Однако очень сложно синхронизировать несколько станций, использующих эти сигналы, поскольку они могут быть получены несколько раз с разных направлений в конце разных прыжков.
Проблема синхронизации очень удаленных станций была решена с введением атомных часов в 1950-х годах, которые стали коммерчески доступны в портативном виде к 1960-м годам. В зависимости от типа, например, рубидиевые , цезиевые , водородные , часы имели точность порядка 1 части на 10 10 до лучше, чем 1 части на 10 12 или дрейф около 1 секунды за 30 миллионов лет. Это точнее, чем система синхронизации, используемая главными/вторичными станциями.
К этому времени системы Loran-C и Decca Navigator доминировали в ролях средней дальности, а ближняя дальность хорошо обслуживалась VOR и DME . Стоимость часов, отсутствие необходимости и ограниченная точность длинноволновой системы исключили необходимость в такой системе для многих ролей.
Однако ВМС США испытывали особую потребность именно в такой системе, поскольку они находились в процессе внедрения спутниковой навигационной системы TRANSIT . TRANSIT была разработана для измерения местоположения в любой точке планеты с достаточной точностью, чтобы служить эталоном для инерциальной навигационной системы (INS). Периодические исправления сбрасывают INS, которую затем можно было использовать для навигации в течение более длительных периодов времени и расстояний.
Часто считалось, что TRANSIT генерирует два возможных местоположения для любых данных измерений — по одному с каждой стороны орбитального подтрека. Поскольку измерение представляет собой доплеровский сдвиг несущей частоты, вращения Земли достаточно, чтобы разрешить разницу. Поверхность Земли на экваторе движется со скоростью 460 метров в секунду — или примерно 1000 миль в час.
Omega была одобрена для разработки в 1968 году с восемью передатчиками и способностью достигать точности в 4 мили (6,4 км) при определении местоположения. Каждая станция Omega передавала последовательность из трех сигналов очень низкой частоты (ОНЧ) (10,2 кГц, 13,6 кГц, 11,333... кГц в таком порядке) плюс четвертая частота, которая была уникальной для каждой из восьми станций. Длительность каждого импульса (в диапазоне от 0,9 до 1,2 секунды, с пустыми интервалами в 0,2 секунды между каждым импульсом) отличалась фиксированным шаблоном и повторялась каждые десять секунд; 10-секундный шаблон был общим для всех 8 станций и синхронизировался с фазовым углом несущей, который, в свою очередь, был синхронизирован с местными главными атомными часами. Импульсы в каждой 10-секундной группе были идентифицированы по первым 8 буквам алфавита в публикациях Omega того времени.
Огибающая отдельных импульсов могла использоваться для установления внутреннего времени приемника в пределах 10-секундного шаблона. Однако именно фаза принятых сигналов в каждом импульсе использовалась для определения времени прохождения от передатчика к приемнику. Используя гиперболическую геометрию и принципы радионавигации, определение местоположения с точностью порядка 5–10 километров (3,1–6,2 мили) было осуществимо по всему земному шару в любое время суток. Omega использовала гиперболические методы радионавигации, а цепь работала в ОНЧ-части спектра между 10 и 14 кГц . Ближе к концу своего срока службы в 26 лет Omega превратилась в систему, используемую в основном гражданским сообществом. Принимая сигналы с трех станций, приемник Omega мог определить местоположение с точностью до 4 морских миль (7,4 км), используя принцип сравнения фаз сигналов. [1]
Станции Omega использовали очень обширные антенны для передачи на своих очень низких частотах (ОНЧ). Это связано с тем, что длина волны обратно пропорциональна частоте (длина волны в метрах = 299 792 458 / частота в Гц), и эффективность передатчика сильно ухудшается, если длина антенны короче 1/4 длины волны. Они использовали заземленные или изолированные мачты с растяжками и зонтичными антеннами или пролеты из проводов через долины и фьорды. Некоторые антенны Omega были самыми высокими сооружениями на континенте, где они стояли или стоят до сих пор.
Когда шесть из восьми станций сети были введены в эксплуатацию в 1971 году, повседневные операции управлялись Береговой охраной США в партнерстве с Аргентиной , Норвегией, Либерией и Францией. Японская и австралийская станции были введены в эксплуатацию несколько лет спустя. Сотрудники Береговой охраны управляли двумя американскими станциями: одной в Ламуре, Северная Дакота , и другой в Канеохе , Гавайи, на острове Оаху .
Благодаря успеху Глобальной системы позиционирования использование Omega снизилось в 1990-х годах до точки, когда стоимость эксплуатации Omega больше не могла быть оправдана. Omega была закрыта окончательно 30 сентября 1997 года. Несколько башен вскоре были снесены.
Некоторые из станций, такие как станция Ла-Мур , в настоящее время используются для подводной связи .
В 1976 году компания Decca Navigator Company из Лондона подала в суд на правительство США за нарушение патентных прав , утверждая, что система Omega была основана на предложенной ранее системе Decca, известной как DELRAC , Decca Long Range Area Coverage , [2] , которая была раскрыта США в 1954 году. Decca сослалась на оригинальные американские документы, показывающие, что система Omega изначально называлась DELRAC/Omega . Decca выиграла дело и получила 44 000 000 долларов в качестве возмещения ущерба. Ранее Decca подавала в суд на правительство США за предполагаемое нарушение патентных прав на систему LORAN C в 1967 году. Decca также выиграла это дело, но поскольку навигационная система LORAN C была признана военной без коммерческого использования, США не возместили ущерб. [1]
Всего было девять станций Omega; одновременно работали только восемь. Trinidad работал до 1976 года и был заменен Liberia:
Передатчик Bratland Omega (станция A – 66°25′15″N 13°09′02″E / 66.420833°N 13.150555°E / 66.420833; 13.150555 (здание передатчика Bratland Omega) ), расположенный недалеко от Альдры , был единственным европейским передатчиком Omega. Он использовал очень необычную антенну, которая состояла из нескольких проводов, натянутых над фьордом между двумя бетонными якорями на расстоянии 3500 метров (11 500 футов) друг от друга, один в точке с координатами 66°25′27″N 013°10′01″E / 66.42417°N 13.16694°E / 66.42417; 13.16694 (передатчик Bratland Omega, восточная точка якоря), а другой в точке с координатами 66°24′53″N 013°05′19″E / 66.41472°N 13.08861°E / 66.41472; 13.08861 (Передатчик Bratland Omega, Anchor Point West) . Один из блоков находился на материковой части Норвегии, другой на острове Альдра . Антенна была демонтирована в 2002 году.
Trinidad Omega Transmitter (станция B до 1976 года, заменена станцией в Пейнсвилле, Либерия), расположенный в Тринидаде ( 10°41′58″N 61°38′19″W / 10.69938°N 61.638708°W / 10.69938; -61.638708 ), использовал пролет провода над долиной в качестве своей антенны. Строения на месте все еще там. 26 апреля 1988 года здание, в котором размещались передатчики омега, было разрушено взрывом, вызванным лесным пожаром, который воспламенил взрывчатые вещества. Были серьезные жертвы, и шесть человек погибли в результате взрыва.
26 апреля 1988 года лесной пожар в районе лагеря Омега, Чагуарамас, быстро распространился на близлежащий бункер с оружием и боеприпасами лагеря Омега, что привело к взрыву. Четверо пожарных и двое солдат погибли, пытаясь взять ситуацию под контроль. Несколько сотрудников национальной безопасности получили ранения в результате взрыва. Этот взрыв был зафиксирован по шкале Рихтера , а части бункера были найдены в сотнях метров от эпицентра. Правительство Республики Тринидад и Тобаго посвятило 26 апреля каждого года Дню признательности сотрудникам национальной безопасности за погибших.
Передатчик Paynesville Omega (станция B – 06°18′20″N 010°39′44″W / 6.30556°N 10.66222°W / 6.30556; -10.66222 ) был открыт в 1976 году и использовал зонтичную антенну, установленную на 417-метровой стальной решетчатой, заземленной мачте с растяжками . Это было самое высокое сооружение, когда-либо построенное в Африке. Станция была передана правительству Либерии после закрытия навигационной системы Omega 30 сентября 1997 года. Доступ к башне был неограниченным, и можно было подняться на заброшенную мачту до ее сноса 10 мая 2011 года. Площадь, занимаемая передатчиком, будет использована для строительства современного рыночного комплекса, который предоставит дополнительное пространство для местных торговцев и уменьшит заторы на рынке красных фонарей в Пейнсвилле, крупнейшем продовольственном рынке Либерии. [3]
Передатчик Kaneohe Omega (станция C – 21°24′17″N 157°49′51″W / 21.404700°N 157.830822°W / 21.404700; -157.830822 ) была одной из двух станций, эксплуатируемых USCG. Она была открыта в 1943 году как ОНЧ-передатчик для подводной связи. Антенна представляла собой пролет провода над долиной Хайку . В конце 1960-х годов она была преобразована в передатчик OMEGA.
Передатчик La Moure Omega (станция D), расположенный недалеко от города La Moure, Северная Дакота , США, на 46°21′57″N 98°20′08″W / 46.365944°N 98.335617°W / 46.365944; -98.335617 ) был другой станцией, эксплуатируемой USCG. В качестве антенны она использовала мачту с растяжками высотой 365,25 метра , изолированную от земли. После закрытия OMEGA станция стала NRTF LaMoure , подводной станцией связи VLF .
Передатчик Chabrier Omega (станция E) около Шабрие на острове Реюньон в Индийском океане в точке с координатами 20°58′27″ ю. ш. 55°17′24″ в. д. / 20,97417° ю. ш. 55,29000° в. д. / -20,97417; 55,29000 использовал зонтичную антенну, установленную на 428-метровой заземленной мачте с оттяжками . Мачта была разрушена взрывчаткой 14 апреля 1999 года.
Станция F, Трелью, Аргентина. Снесена в 1998 году.
Станция G, недалеко от Вудсайда, Виктория. Прекратила передачи Omega в 1997 году, стала подводной коммуникационной башней и была снесена в 2015 году.
Передатчик Shushi-Wan Omega (станция H), расположенный недалеко от Shushi-Wan на острове Цусима в точке с координатами 34°36′53″N 129°27′13″E / 34.61472°N 129.45361°E / 34.61472; 129.45361, использовал в качестве антенны трубчатую стальную мачту высотой 389 метров, изолированную от земли. Эта мачта, построенная в 1973 году и являющаяся самым высоким сооружением в Японии (и, возможно, самой высокой трубчатой стальной мачтой, когда-либо построенной), была демонтирована в 1998 году краном. На ее бывшем месте был построен мемориал высотой около 8 метров, состоящий из основания мачты (без изолятора) и сегмента. На месте бывшего здания Helix теперь находится детская площадка.
Помимо девяти действующих вышек Omega, для предварительного тестирования системы использовалась вышка в Форестпорте, штат Нью-Йорк .
Башни некоторых станций OMEGA были самыми высокими сооружениями в стране, а иногда и на континенте, где они стояли. В немецком научно-фантастическом романе "Der Komet" ( http://www.averdo.de/produkt/72105959/lutz-harald-der-komet/ ) от большой кометы, которая грозит столкнуться с Землей, защищает технология, разработанная в Зоне 51 на территории заброшенного пункта передачи OMEGA Пейнсвилл в Либерии, для чего она создает необходимое низкочастотное электромагнитное поле.
Финал второго сезона сериала «Настоящий детектив» называется « Станция Омега ».
Действие третьего эпизода сериала Netflix «Gamera Rebirth» частично происходит на станции OMEGA в Цусиме.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
Медиа, связанные с навигационной системой Omega, на Wikimedia Commons