LORAN ( Long Range Navigation ) [a] была гиперболической радионавигационной системой, разработанной в Соединенных Штатах во время Второй мировой войны . Она была похожа на британскую систему Gee , но работала на более низких частотах, чтобы обеспечить улучшенный диапазон до 1500 миль (2400 км) с точностью в десятки миль. Сначала она использовалась для конвоев кораблей, пересекающих Атлантический океан, а затем дальними патрульными самолетами, но нашла свое основное применение на кораблях и самолетах, действующих на Тихоокеанском театре военных действий во время Второй мировой войны.
LORAN в своей первоначальной форме была дорогой в реализации системой, требующей дисплея на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Это ограничивало использование военными и крупными коммерческими пользователями. Автоматизированные приемники стали доступны в 1950-х годах, но та же улучшенная электроника также открыла возможность новых систем с более высокой точностью. ВМС США начали разработку Loran-B , которая обеспечивала точность порядка нескольких десятков футов, но столкнулись со значительными техническими проблемами. ВВС США работали над другой концепцией, Cyclan, которую ВМС переняли как Loran-C , которая обеспечивала большую дальность, чем LORAN, и точность в сотни футов. Береговая охрана США взяла на себя эксплуатацию обеих систем в 1958 году.
Несмотря на значительно улучшенные характеристики Loran-C, LORAN, теперь известный как Loran-A (или «Стандартный LORAN»), стал гораздо более популярным в этот период. Это было во многом связано с большим количеством избыточных устройств Loran-A, выпущенных из ВМФ, поскольку корабли и самолеты заменили свои комплекты на Loran-C. Широкое внедрение недорогой микроэлектроники в 1960-х годах привело к резкому падению цен на приемники Loran-C, и использование Loran-A начало быстро снижаться. Loran-A был демонтирован, начиная с 1970-х годов; он оставался активным в Северной Америке до 1980 года, а в остальном мире до 1985 года. Японская сеть оставалась в эфире до 9 мая 1997 года, а китайская сеть все еще числилась активной по состоянию на 2000 год [обновлять]. [ необходима цитата ]
Loran-A использовал два частотных диапазона, 1,85 и 1,95 МГц. Эти же частоты использовались радиолюбителями в любительском радиодиапазоне 160 метров [2] , и операторы-любители были обязаны работать на пониженных уровнях мощности, чтобы избежать помех; в зависимости от их местоположения и расстояния до берега, американские операторы были ограничены максимумом в 200–500 Вт днем и 50–200 Вт ночью. [3]
«Закон о национальной устойчивости и безопасности синхронизации времени» 2017 года предложил перепрофилировать недвижимость и радиоспектр LORAN для новой наземной навигационной системы в качестве резервной для Соединенных Штатов в случае сбоя GPS, вызванного космической погодой или атакой. [4] [5] eLoran была предложена в качестве жизнеспособной технологии, которая уже разрабатывается другими странами.
На заседании Технического комитета Корпуса связи армии США 1 октября 1940 года Альфред Лумис , председатель Комитета по микроволнам Национального комитета оборонных исследований , предложил построить гиперболическую навигационную систему. Он предсказал, что такая система может обеспечить точность не менее 1000 футов (300 м) на расстоянии 200 миль (320 км) и максимальную дальность 300–500 миль (480–800 км) для высотных самолетов. Это привело к спецификации «Точное навигационное оборудование для наведения самолетов», которая была отправлена обратно в Комитет по микроволнам и сформирована как «Проект 3». [6] [b] Заказы на первоначальные системы были отправлены на последующем заседании 20 декабря 1940 года. Эдвард Джордж Боуэн , разработчик первых бортовых радиолокационных систем , также присутствовал на заседании 20 декабря. Он заявил, что ему известно о подобной работе в Великобритании, но он не знает о ней достаточно, чтобы предложить какие-либо предложения. [7]
Проект 3 был перенесен в недавно сформированную навигационную группу Radiation Laboratory в 1941 году. [8] Ранние системы работали на частоте около 30 МГц, но позже было решено провести эксперименты с другим оборудованием, которое можно было настраивать от 3 до 8 МГц. [8] Эти низкочастотные системы оказались гораздо более стабильными с точки зрения электроники. После первого рассмотрения возможности установки передатчиков на горных вершинах команда вместо этого остановилась на двух заброшенных станциях береговой охраны в Монток-Пойнт , Нью-Йорк, и Фенвик-Айленд, Делавэр . [9] На приемном конце универсал был оснащен простым приемником и отправлен по стране в поисках твердых сигналов, которые были обнаружены даже в Спрингфилде, штат Миссури . [8]
Для производственной системы команда начала работать с системой, использующей круглый дисплей J-scope для повышения точности. Более распространенный A-scope представляет расстояния по диаметру трубки, в то время как J-scope представляет это как угол вокруг поверхности электронно-лучевой трубки . [10] Это увеличивает количество места на шкале на коэффициент π для любого заданного размера дисплея, повышая точность. Несмотря на использование J-scope и принятие более низкого изменения частоты для большей стабильности, команда обнаружила, что точные измерения диапазона довольно сложны. В то время процедура генерации острых импульсов сигналов находилась в зачаточном состоянии, и их сигналы были значительно разбросаны во времени, что затрудняло измерения. [6]
К этому времени команда узнала об усилиях Великобритании по Gee и узнала, что Gee использовала систему электронно-генерируемых стробоскопов , которые производили на дисплее отметки, точно совпадающие с системной синхронизацией. Они отправили команду в Великобританию, чтобы узнать о концепции стробоскопа, и немедленно приняли ее для своей работы. В рамках этого обмена команда Project 3 также обнаружила, что Gee была почти идентична их собственной системе по концепции и желаемым характеристикам. В отличие от их системы, Gee в основном завершила разработку и приступила к производству. Было принято решение отказаться от текущих усилий, [11] использовать Gee на своих собственных самолетах и вместо этого переработать свою систему для дальних полетов. [12]
Решение переключиться на роль дальнего действия означало, что высокая точность системы Gee не нужна, что значительно уменьшило необходимость решения проблем синхронизации. Это изменение цели также потребовало использования еще более низких частот, которые могли бы отражаться от ионосферы ночью и, таким образом, обеспечивать работу за горизонтом. Первоначально были выбраны два частотных диапазона: 1,85 и 1,95 МГц для ночного использования (160 метров) и 7,5 МГц (40 метров). 7,5 МГц, обозначенные как «HF» на ранних приемниках, никогда не использовались в эксплуатации. [12]
В середине 1942 года Роберт Диппи, ведущий разработчик системы Gee в Исследовательском центре телекоммуникаций (TRE) в Великобритании, был отправлен в США на восемь месяцев, чтобы помочь с разработкой LORAN. В то время проект велся в основном капитаном Хардингом из ВМС США, и они были полностью сосредоточены на судовой системе. Диппи убедил их, что авиационная версия определенно возможна, что привело к некоторому интересу со стороны ВВС США . ВМС были недовольны таким поворотом событий. Диппи также внес ряд простых изменений, которые оказались чрезвычайно полезными на практике. Среди них он прямо потребовал, чтобы бортовые приемники LORAN были построены физически аналогично приемникам Gee, чтобы их можно было заменять в процессе эксплуатации, просто заменив блок приемника. Это оказалось чрезвычайно полезным; самолеты Транспортного командования Королевских ВВС могли заменять свои приемники при перемещении на австралийский театр военных действий или с него. Диппи также разработал наземное оборудование синхронизации. [12]
Примерно в это же время к проекту присоединились Береговая охрана США и Королевский канадский флот . В то время проект все еще был совершенно секретным, и фактической информацией делились мало, особенно с Береговой охраной. [13] Канадский посредник был необходим, так как идеальное расположение станций потребовало бы нескольких станций в разных местах в канадских приморских провинциях . Один участок в Новой Шотландии оказался битвой; участок принадлежал рыбаку, чья властная жена -трезвенница была категорически против иметь что-либо общее с грешными моряками. Когда комитет по выбору участка, состоящий из Дж. А. Вальдшмитта и лейтенанта-коммандера Аргайла, обсуждал этот вопрос с мужем, прибыл третий посетитель, и он предложил мужчинам сигареты. Они отказались, и тогда хозяйка спросила, пьют ли они. Когда они сказали, что нет, земля была быстро зарезервирована. [14]
LORAN вскоре был готов к развертыванию, и первая цепь была запущена в июне 1942 года в Монтоке и Фенвике. Вскоре к ним присоединились две станции в Ньюфаундленде , в Бонависте и Батл-Харборе , а затем две станции в Новой Шотландии, в Баккаро и на острове Деминг. [15] Дополнительные станции вдоль всего восточного побережья США и Канады были установлены в течение октября, и система была объявлена работающей в начале 1943 года. К концу того же года дополнительные станции были установлены в Гренландии , Исландии , Фарерских островах и Гебридских островах , обеспечивая непрерывное покрытие по всей Северной Атлантике. Береговое командование Королевских ВВС установило еще одну станцию на Шетландских островах , обеспечивая покрытие над Норвегией, основным плацдармом для немецких подводных лодок и крупных кораблей. [12]
_Yellow_Sea_-_DPLA_-_1f81f28d0ce0a820a0d8894fde1b02b6.jpg/1280px-(LR-17)_Yellow_Sea_-_DPLA_-_1f81f28d0ce0a820a0d8894fde1b02b6.jpg)
Огромные расстояния и отсутствие полезных навигационных точек в Тихом океане привели к широкому использованию LORAN как для кораблей, так и для самолетов во время Тихоокеанской войны . В частности, точность, обеспечиваемая LORAN, позволила самолетам сократить количество дополнительного топлива, которое им в противном случае пришлось бы нести, чтобы гарантировать, что они смогут найти свою базу после длительной миссии. Это уменьшенное количество топлива позволило увеличить бомбовую нагрузку. К концу Второй мировой войны было 72 станции LORAN с более чем 75 000 используемых приемников. [12]
Дополнительные цепи в Тихом океане были добавлены в послевоенную эпоху. Всплеск строительства последовал за началом Корейской войны , включая новые цепи в Японии и одну в Пусане , Корея. Цепи были также установлены в Китае, до окончательного окончания Китайской коммунистической революции , и эти станции оставались в эфире по крайней мере до 1990-х годов. Последнее крупное расширение имело место в Португалии и на Азорских островах в 1965 году, что обеспечило дополнительное покрытие в Средней Атлантике. [3]
Во время ранних экспериментов с небесными волнами LORAN Джек Пирс заметил, что ночью отражающий слой в ионосфере был довольно стабилен. Это привело к возможности синхронизации двух станций LORAN с помощью небесных волновых сигналов, по крайней мере ночью, что позволило бы им находиться на гораздо больших расстояниях. Точность гиперболической системы является функцией базового расстояния, поэтому если бы станции можно было разнести, система стала бы более точной, поэтому для любой желаемой навигационной задачи потребовалось бы меньше станций. [16]
Испытательная система была впервые опробована 10 апреля 1943 года между станциями LORAN в Фенвике и Бонависте, на расстоянии 1100 миль (1800 км). Этот тест продемонстрировал точность в ½ мили, что значительно лучше, чем у обычного LORAN. Это привело ко второму раунду испытаний в конце 1943 года, на этот раз с использованием четырех станций: Монток, Ист-Брюстер, Массачусетс , Гусберри-Фолс, Миннесота, [17] и Ки-Уэст, Флорида . Обширные оценочные полеты показали среднюю погрешность в 1–2 мили (1,6–3,2 км). [18] [16]
Ночной режим работы идеально подходил для бомбардировочного командования ВВС Великобритании . Четыре испытательные станции были демонтированы и отправлены через Атлантику, [18] и переустановлены, чтобы сформировать две цепи, Абердин - Бизерта и Оран - Бенгази . Известная как Skywave-Synchronized LORAN или SS LORAN , система обеспечивала покрытие в любой точке к югу от Шотландии и на востоке до Польши со средней точностью в одну милю. Система была использована в оперативном порядке в октябре 1944 года, а к 1945 году она была повсеместно установлена в группе № 5 ВВС Великобритании . [19]
Та же самая базовая концепция была также проверена после войны Береговой охраной в системе, известной как «Skywave Long Baseline LORAN». Единственным отличием был выбор разных частот, 10,585 МГц днем и 2 МГц ночью. Первоначальные испытания были проведены в мае 1944 года между Чатемом, Массачусетс , и Фернандиной, Флорида , а второй набор между Хоуб-Саунд, Флорида , и Пойнт-Чинато, Пуэрто-Рико, в декабре-январе 1945-46 годов. Система не была введена в эксплуатацию из-за отсутствия подходящих частотных распределений. [18]
LORAN была простой системой, которая сравнивала время прибытия импульсов для выполнения измерения. В идеале, идеально сформированные прямоугольные отметки должны были отображаться на ЭЛТ, передний фронт которых можно было бы сравнить с высокой степенью точности. На практике передатчики не могут включаться и выключаться мгновенно, и из-за множества факторов полученные отметки размазываются во времени, образуя огибающую . Резкость огибающей является функцией частоты, то есть низкочастотные системы, такие как LORAN, всегда будут иметь более длинные огибающие с менее четко определенными точками начала и остановки, и, таким образом, как правило, имеют меньшую точность, чем высокочастотные системы, такие как Gee. [20]
Существует совершенно другой способ выполнить то же самое измерение времени, не сравнивая время огибающих импульсов, а синхронизируя фазу сигналов . Это на самом деле довольно легко выполнить с помощью простой электроники и можно отобразить напрямую с помощью простого механического указателя. Хитрость такой системы заключается в том, чтобы гарантировать, что первичные и вторичные станции являются фазово-когерентными, что было сложным предложением во время Второй мировой войны . Но изолировав дорогие части системы на нескольких вещательных станциях, навигационная система Decca, использующая эту технику, начала действовать в 1944 году, предлагая точность, подобную Gee, но используя недорогие механические дисплеи, которые также были намного проще в использовании. [21]
Недостатком системы сравнения фаз является то, что невозможно узнать из непрерывного волнового сигнала, как у Decca, какую часть сигнала вы измеряете. Вы можете сравнивать первую форму волны с одной станции с первой с другой, но вторая форма волны выглядит идентично, и оператор может вместо этого выстроить эти две волны в линию. Это приводит к проблеме, когда оператор может произвести точное измерение, но фактическое исправление может быть в самых разных местах. Эти места разделены радиально вокруг станции, то есть исправление может быть в пределах заданного радиального направления или на фиксированном расстоянии в любую сторону. Decca называла эти радиальные области «полосами» и использовала механическую систему для отслеживания того, в какой из них находится приемник. [21]
Объединив две концепции, синхронизацию огибающей и сравнение фаз, можно устранить обе эти проблемы. Поскольку сравнение фаз, как правило, более точно на низких частотах из-за деталей электроники, получение точных исправлений будет основано на этой технике. Но вместо трансляции непрерывного сигнала, как в случае Decca, сигнал будет в форме импульсов. Они будут использоваться для грубого исправления с использованием той же техники, что и Gee или LORAN, положительно идентифицируя полосу. Единственной проблемой с точки зрения разработки будет выбор частот, которые позволят получить достаточно точные огибающие импульсов, при этом все еще имея измеримые формы волн внутри импульсов, а также разработка дисплеев, способных отображать как импульсы в целом, так и волны внутри них.
Эти концепции привели к экспериментам с низкочастотной системой LORAN в 1945 году, которая использовала гораздо более низкую частоту 180 кГц. Система с тремя передатчиками была установлена на восточном побережье США с использованием длинных антенн, поддерживаемых воздушными шарами. Эксперименты показали, что неточность, присущая конструкции при работе на таких низких частотах, была просто слишком велика, чтобы быть полезной; эксплуатационные факторы вносили ошибки, которые подавляли возможности. Тем не менее, три передатчика были повторно установлены в северной Канаде и на Аляске для экспериментов по полярной навигации и работали в течение трех лет, пока не были снова отключены в марте 1950 года. [22] Эти эксперименты продемонстрировали точность порядка 0,15 микросекунд, или около 50 метров (0,031 мили), что является большим шагом вперед по сравнению с LORAN. Максимальная используемая дальность составляла 1000 миль (1600 км) по суше и 1500 миль (2400 км) по морю. Используя сопоставление циклов, система продемонстрировала точность 160 футов (49 м) на расстоянии 750 миль (1210 км). [22] Но также было обнаружено, что система была очень сложна в использовании, и измерения оставались подверженными путанице относительно того, какие циклы сопоставлять. [23]
В этот же период ВВС США заинтересовались высокоточной системой для бомбардировки точечных целей. Raytheon выиграла контракт на разработку системы под названием «Cytac», которая использовала те же основные методы, что и LF LORAN, но включала значительную автоматизацию для внутренней обработки синхронизации без вмешательства оператора. Это оказалось чрезвычайно успешным, с тестовыми запусками, помещавшими самолет в пределах 10 ярдов от цели. Поскольку миссия изменилась с тактической бомбардировки на короткие расстояния на доставку ядерного оружия через полюс, (новообразованные) ВВС США потеряли интерес к этой концепции. Тем не менее, они продолжили экспериментировать с оборудованием после адаптации его для работы на частотах LF LORAN и переименования его в «Cyclan», снизив точность по сравнению с оригиналом, но обеспечив разумную точность порядка мили на значительно увеличенных расстояниях. [2]
В этот период ВМС также экспериментировали с похожей концепцией, но использовали другой метод для извлечения времени. Эта система, позже известная как Loran-B , столкнулась со значительными проблемами (как и другая система ВВС, Whyn и похожая британская система, POPI ). [24] В 1953 году ВМС взяли на себя систему Cyclan и начали широкую серию исследований, охватывающих такие отдаленные районы, как Бразилия, демонстрируя точность около 100 метров (330 футов). Система была объявлена работающей в 1957 году, а операции LORAN и Cyclan были переданы Береговой охране США в 1958 году. [21] В то время первоначальная LORAN стала Loran-A [25] или стандартной LORAN , [26] а новая система стала Loran-C . [c]
Несмотря на значительно возросшую точность и простоту использования Loran-C, Loran-A по-прежнему широко использовался. Это было обусловлено в основном двумя важными факторами. Во-первых, электроника, необходимая для считывания сигнала Loran-C, была сложной, а в эпоху ламповой электроники физически очень большой, как правило, хрупкой и дорогой. Кроме того, поскольку военные корабли и самолеты переходили с Loran-A на Loran-C, старые приемники становились излишними. Эти старые устройства были раскуплены коммерческими рыбаками и другими пользователями, что поддерживало его в широком использовании. [27]
Loran-A продолжал совершенствоваться, поскольку приемники были транзисторными, а затем автоматизированными с использованием систем на основе микроконтроллера , которые напрямую декодировали местоположение. К началу 1970-х годов такие устройства были относительно распространены, хотя они оставались относительно дорогими по сравнению с такими устройствами, как радиопеленгаторы . Совершенствование электроники в этот период было настолько быстрым, что прошло всего несколько лет, прежде чем устройства Loran-C аналогичного размера и стоимости стали доступны. Это привело к решению открыть Loran-C для гражданского использования в 1974 году. [28]
К концу 1970-х годов Береговая охрана была в процессе поэтапного отказа от Loran-A в пользу дополнительных цепей Loran-C. Алеутские и гавайские цепи закрылись 1 июля 1979 года, оставшиеся цепи Аляски и Западного побережья — 31 декабря 1979 года, а затем атлантические и карибские передатчики — 31 декабря 1980 года. [29] Несколько иностранных цепей как в Тихом океане, так и в Атлантике последовали их примеру, и к 1985 году большинство первоначальных цепей уже не функционировали. Японские системы оставались в эфире дольше, до 1991 года, обслуживая свой рыболовный флот. Китайские системы были активны в 1990-х годах до их замены более современными системами, и их девять цепей все еще числились активными в томе 6 (издание 2000 года) Списка радиосигналов Адмиралтейства .
Гиперболические навигационные системы можно разделить на два основных класса: те, которые вычисляют разницу во времени между двумя радиоимпульсами, и те, которые сравнивают разницу фаз между двумя непрерывными сигналами. Для иллюстрации базовой концепции в этом разделе будет рассмотрен только импульсный метод.
Рассмотрим два радиопередатчика, расположенных на расстоянии 300 километров (190 миль) друг от друга, что означает, что радиосигналу от одного потребуется 1 миллисекунда , чтобы достичь другого. Одна из этих станций оснащена электронными часами, которые периодически отправляют сигнал запуска. Когда сигнал отправляется, эта станция, «первичная», отправляет свою передачу. Через 1 мс этот сигнал поступает на вторую станцию, «вторичную». Эта станция оснащена приемником, и когда она видит, что сигнал от первичной поступает, она запускает свой собственный передатчик. Это гарантирует, что первичная и вторичная станции отправляют сигналы точно с разницей в 1 мс, без необходимости для вторичной станции иметь собственный точный таймер или синхронизировать свои часы с первичной станцией. На практике для учета задержек в электронике приемника добавляется фиксированное время. [30]
Приемник, прослушивающий эти сигналы и отображающий их на осциллографе, увидит серию «вспышек» на дисплее. Измерив расстояние между ними, можно вычислить задержку между двумя сигналами. Например, приемник может измерить расстояние между двумя вспышками, чтобы получить задержку в 0,5 мс. Это означает, что разница в расстоянии до двух станций составляет 150 км. Существует бесконечное количество мест, где можно измерить эту задержку — 75 км от одной станции и 225 от другой, 150 км от одной и 300 от другой и т. д. [30]
При нанесении на карту совокупность возможных местоположений для любой заданной разницы во времени образует гиперболическую кривую. Совокупность кривых для всех возможных измеренных задержек образует набор кривых радиальных линий, центрированных на линии между двумя станциями, известной как «базовая линия». [30] Для того, чтобы получить фиксацию, приемник делает два измерения на основе двух различных первичных/вторичных пар. Пересечения двух наборов кривых обычно приводят к двум возможным местоположениям. Используя какую-либо другую форму навигации, например, навигационное счисление , одно из этих возможных положений может быть исключено, тем самым обеспечивая точное исправление. [31]
Станции LORAN были построены цепочками, одна первичная и две вторичные (минимум, некоторые цепочки состояли из пяти станций), обычно разделенных примерно 600 милями (970 км). Каждая пара вещала на одной из четырех частот, 1,75, 1,85, 1,9 или 1,95 МГц (а также неиспользуемые 7,5 МГц). [d] В любом заданном месте было обычным делом иметь возможность принимать более трех станций одновременно, поэтому требовались какие-то другие средства идентификации пар. LORAN принял использование изменения частоты повторения импульсов (PRF) для этой задачи, при этом каждая станция отправляла строку из 40 импульсов с частотой 33,3 или 25 импульсов в секунду. [12]
.jpg/1280px-LORAN_tower_station_on_Sand-Johnston_Island,_1963._(10055191304).jpg)
Станции идентифицировались простым кодом с числом, указывающим на частотный диапазон, буквой для частоты повторения импульсов и номером для станции в цепочке. Например, три станции на Гавайских островах были организованы как две пары 2L 0 и 2L 1. Это означало, что они были на канале 2 (1,85 МГц), использовали «низкую» частоту повторения (25 Гц), и что две из станций были на базовой частоте повторения, в то время как другие две (первичная и третья станция) использовали частоту повторения 1. [32] PRF можно было регулировать от 25 до 25 и 7/16 для низкой частоты и от 33 1/3 до 34 1/9 для высокой частоты. Эта система использовала среднюю башню, которая вещала на обеих частотах. [33]
В случае Gee сигналы передавались напрямую от передатчика к приемнику, создавая чистый сигнал, который было легко интерпретировать. Если отобразить на одной трассе ЭЛТ, оператор увидит ряд резких «вспышек», сначала первичный, затем один из вторичных, снова первичный, а затем другой вторичный. ЭЛТ Gee были построены так, чтобы иметь возможность отображать два следа, и, настраивая несколько схем задержки, оператор мог заставить первый первично-вторичный сигнал появиться на верхнем дисплее, а второй на нижнем. Затем они могли провести измерение обеих задержек одновременно. [12]
Для сравнения, LORAN был намеренно разработан, чтобы позволить использовать небесные волны, и полученный в результате принятый сигнал был гораздо более сложным. Земная волна оставалась довольно резкой, но могла быть принята только на более коротких расстояниях и в основном использовалась в течение дня. Ночью от одного передатчика могло быть получено до тридцати различных небесных волн, часто перекрывающихся во времени, создавая сложную схему возврата. Поскольку схема зависела от атмосферных условий между передатчиком и приемником, принимаемая схема была разной для двух станций. Можно было получить небесную волну с двумя отскоками от одной станции в то же время, что и волну с тремя отскоками от другой, что делало интерпретацию отображения довольно сложной. [16]
Хотя LORAN намеренно использовал тот же дисплей, что и Gee, чтобы совместно использовать оборудование, сигналы были настолько длиннее и сложнее, чем у Gee, что прямое измерение двух сигналов было просто невозможно. Даже начальный сигнал от первичной станции был разнесен во времени, причем начальный сигнал наземной волны был резким (если принимался), в то время как приемы небесной волны могли появляться в любом месте на дисплее. Соответственно, оператор LORAN устанавливал задержки таким образом, чтобы первичный сигнал появлялся на одной трассе, а вторичный — на второй, что позволяло сравнивать сложные паттерны. Это означало, что одновременно можно было выполнить только одно первичное/вторичное измерение; чтобы получить «фикс», всю процедуру измерения приходилось повторять во второй раз, используя другой набор станций. Типичным временем измерения было порядка трех-пяти минут, что требовало от навигатора учитывать движение транспортного средства в течение этого времени. [12] [34]
Первоначальным бортовым приемником был блок AN/APN-4 1943 года. Он был физически идентичен двухкомпонентному британскому набору Gee и мог легко заменяться с этими блоками. Основной блок с дисплеем также вмещал большинство элементов управления. Общая работа начиналась с выбора одной из девяти станций, промаркированных от 0 до 8, и установки скорости развертки на 1, самую низкую настройку. Затем оператор использовал элементы управления интенсивностью и фокусировкой для точной настройки сигнала и обеспечения четкого отображения. [35]
На самой низкой скорости развертки система также производила локальный сигнал, который подавался на дисплей и создавал резко очерченный «пьедестал», прямоугольную форму, отображаемую вдоль двух трасс. [e] Усиленный сигнал со станций также появлялся на дисплее, сильно сжатый во времени, так что он отображался как серия острых всплесков (бликов). По мере повторения сигнала эти всплески появлялись много раз по всей ширине дисплея. Поскольку дисплей был настроен на развертку с частотой повторения импульсов выбранной пары станций, другие станции в этой области с разной частотой повторения перемещались по дисплею, в то время как выбранная оставалась неподвижной. [36]
Используя переключатель «влево-вправо», оператор перемещал верхний пьедестал до тех пор, пока один из пиков сигнала не оказывался в его центре, а затем перемещал пьедестал на нижней трассе, чтобы центрировать второй сигнал, используя грубую и тонкую регулировку задержки. После этого система была установлена на скорость развертки 2, что ускоряло трассы так, что участок, очерченный пьедесталами, заполнял всю трассу. Этот процесс повторялся на скорости развертки 3, и в этот момент на экране была видна только выбранная часть сигнала. Переход на скорость развертки 4 не изменял синхронизацию, а вместо этого накладывал сигналы на одну трассу, чтобы можно было выполнить окончательную настройку, используя элементы управления усилением и балансом усилителя. Целью было идеально выровнять две трассы. [37]
В этот момент начинается измерение. Оператор переключается на скорость развертки 5, которая возвращается к дисплею с двумя разделенными трассами, с инвертированными сигналами и работающими на более низкой скорости развертки, так что на трассах появляются множественные повторения сигнала. В сигнал вмешивается электронная шкала, созданная в генераторе временной развертки , в результате чего над теперь инвертированными исходными сигналами появляется серия маленьких точек. При настройке 5 точки на шкале представляют собой разницу в 10 микросекунд, и оператор измеряет расстояние между позициями. Это повторяется для настройки 6 на 50 микросекунд и снова при настройке 7 на 500 микросекунд. Затем разница, измеренная при каждой из этих настроек, суммируется для получения общей задержки между двумя сигналами. [37] Затем вся эта процедура была повторена для второго первично-вторичного набора, часто второго набора той же цепи, но не всегда.
Приемные устройства значительно улучшились с течением времени. AN/APN-4 был быстро вытеснен AN/APN-9 1945 года, устройством «все в одном», объединяющим приемник и дисплей, со значительно уменьшенным весом. [3]
Днем ионосфера лишь слабо отражает коротковолновые сигналы, и LORAN можно было использовать на расстоянии 500–700 морских миль (930–1300 км) с использованием земных волн. Ночью эти сигналы подавлялись, и дальность уменьшалась до 350–500 морских миль (650–930 км). Ночью для измерений становились полезными небесные волны, что расширяло эффективную дальность до 1200–1400 морских миль (2200–2600 км). [34]
На больших расстояниях гиперболические линии приближаются к прямым линиям, исходящим из центра базовой линии. Когда рассматриваются два таких сигнала из одной цепи, результирующий рисунок линий становится все более параллельным по мере того, как расстояние базовой линии становится меньше по сравнению с расстоянием. Таким образом, на коротких расстояниях линии пересекаются под углами, близкими к 90 градусам, и этот угол неуклонно уменьшается с расстоянием. Поскольку точность определения местоположения зависит от угла пересечения, все гиперболические навигационные системы становятся все более неточными с увеличением расстояния. [38]
Более того, сложная серия полученных сигналов значительно запутала чтение сигнала LORAN, требуя некоторой интерпретации. Точность была больше вопросом качества сигнала и опыта оператора, чем какого-либо фундаментального ограничения оборудования или сигналов. Единственным способом выразить точность было измерить ее на практике; средняя точность на маршруте от Японии до Тиниана, расстояние 1400 миль (2300 км), составила 28 миль (45 км), 2% от диапазона. [3]
AT LORAN, для "Air Transportable", был легким передатчиком LORAN, который можно было быстро установить по мере продвижения фронта. Операции были идентичны "обычному" LORAN, но часто предполагалось, что карты будут недоступны и их придется готовить в полевых условиях. Мобильный LORAN был еще одной легкой системой, установленной на грузовиках. [32]
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ).{{citation}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ){{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ).