-
|
Uit de inleiding blijkt dat het lastig een nauwkeurige hoekmeting van de zendmast te doen. In het beste geval heeft men een afwijking van 1°, in de praktijk is dat veel meer. De meting is ook relatief traag en bijvoorbeeld niet bruikbaar voor vliegtuigen.
Hyperbolische navigatie en trilateratieAls we niet de hoek naar de zendmast kunnen meten, waarom dan niet de afstand tot de zendmast? Dit is het principe van wat men hyperbolische navigatie noemt. Als men twee gesynchroniseerde radiobakens gebruikt, dan is de positie van het schip (of het vliegtuig) op een hyperbool gelegen.Als het tijdsverschil tussen het signaal van zendmast "A" en zendmast "B" +15µs bedraagt, dan kan het schip of vliegtuig zich enkel op de aangegeven hyperbool bevinden. Door gebruik te maken van een tweede paar zenders (trilateratie) kan men de positie bepalen: die ligt op de kruising van de twee hyperbolen. Men zal ofwel een tweede groep (met twee zenders A' en B' gebruiken, ofwel één enkele groep met 4 zenders: een master en drie slaven. Soms zijn er maar twee slaven als men geen navigatie rondom de zenders nodig heeft, maar aan slechts één kant (zenders die langs de kustlijn geplaatst zijn).
Alle zenders zenden op regelmatige tijdstippen een radiopuls uit. De ontvangers kunnen de pulsen uit elkaar halen en kennen ook de lokatie van de zenders. We hebben hier een master L en drie hulpzenders A, B en C. Het schip gebruikt de signalen van L, A en B. Het ontvangt ook een signaal van C maar kan die niet gebruiken in de praktijk. Door het tijdsverschil tussen L en A te bepalen (L vòòr A) kan de schip weten dat het zich op één van de rode hyperbolen bevindt. Door nu het tijdsverschil tussen L en B te bepalen (B vòòr L) wordt er een groene hyperbool geselecteerd. Het schip bevindt zich op de kruising van de twee hyperbolen. Overigens zijn dit geen dunne lijnen, maar door inherente fouten aan het systeem zijn het min of meer brede banen, die breder en breder worden naarmate het schip verder van de zenders gelegen is. De figuur geeft de werking van het Decca systeem.
Oorspronkelijk engels systeem: GeeDe engelsen hebben dit systeem ontworpen tijdens de tweede wereldoorlog, oorsprongelijk als landingshulp voor nachtbommenwerpers, maar later ook om de bommenwerpers naar hun doel te leiden (Gee). Op lange afstanden was de nauwkeurigheid niet zo goed, maar voldoende om grote steden te bombarderen. Ieder systeem dat op hyperbolische navigatie gebaseerd is heeft een verminderde nauwkeurigheid met de afstand.
Alle zenders van een groep werken op dezelfde frekwentie (bijvoorbeeld 48.75MHz) en zenden korte pulsen uit. De master wordt ook aan- en uitgezet zodat men aan boord de referentie kan bepalen. Op een oscilloscoop wordt dan het tijdsverschil tussen twee pulsen bepaald, en zodoende wordt de eerste hyperbool bepaald. Hetzelfde wordt dan gedaan met een tweede groep zenders, en hier ook heeft men dan een hyperbool. Het vliegtuig bevindt zich op de kruising van beide hyperbolen. Het is een manueel systeem die geen ogenblikkelijke positie geeft, maar het systeem was voldoende in de praktijk.
Amerikaans systeem: loranDe amerikanen hebben het systeem overgenomen onder de naam Loran (long range navigation). Het systeem werkte op een lagere frekwentie om een groter bereik te hebben (moest bruikbaar zijn over een groot deel van het Atlantisch Oceaan). Het bereik was ongeveer 2400km met een nauwkeurigheid van 30km in het beste geval.Bij de ontwikkeling van het systeem werd ervoor gezorgd dat een schip ofwel een Gee ontvanger, ofwel een loran ontvanger aan boord kon hebben (beide apparaten moesten dezelfde afmetingen hebben zodat ze omgewisseld konden worden). De gebruikte frekwentie was 1.85 en 1.95MHz. Door deze lagere frekwentie te gebruiken was het bereik groter, maar de nauwkeurigheid minder: het was immers moeilijker om scherpe pulsen te genereren. Zonder de tijdsindicatie zijn de radiobakens ook bruikbaar voor navigatie met een goniometer (bepaling van de hoeken tussen de verschillende zenders). De zenders moeten dan een weinig verschillende frekwentie hebben om ze uit elkaar te halen (wat effectief zo was voor de radarzenders van Chain Home). Voor het Gee en loran systeem werken alle zenders op eenzelfde frekwentie. Als de ontvanger een signaal ontvangt van de slaves zonder vertraging, dan zit het schip in het midden tussen de twee zenders. De hyperbool is dan een rechte.
Decca navigatiesysteemEen oplossing voor dit probleem werd gevonden door Decca: in plaats van pulsen uit te zenden en de tijd te bepalen tussen de aankomst van de pulsen van verschillende zenders, waarom niet de fase vergelijken? De zenders moeten hier fase-synschroon werken, wat toen moeilijk te realiseren was, maar de complexiteit van het systeem was enkel nodig in de zenders. De ontvangers hadden gewoon een mechanische aanduider die de fase aangaf tussen de twee signalen. Het bleek een eenvoudiger systeem (een aanduider in plaats van een oscilloskoop) en het Decca systeem werd veelvuldig gebruikt in commerciele schepen na de oorlog.Zouden de zenders allemaal op dezelfde frekwentie werken, dan zouden ze niet uit elkaar gehaald kunnen worden in de ontvanger. De gecombineerde signalen zouden slechts één signaal met veranderlijke amplitude veroorzaken in de ontvanger. De 4 zenders werken op harmonische van een basisfrekwentie en in de ontvanger worden ze met een vast getal vermenigvuldigd, om tot een gezamelijke frekwentie te komen, waarvan men de fase tussen de verschillende signalen kan meten.
Maar een faseverschuiving van 30° kan evengoed een faseverschuiving van 390° zijn, of 750°, enz. Het schip kan dus op verschillende plaatsen tegelijk zijn! De meting is nauwkeurig, maar niet eenduigig en men moet reeds een onnauwkeurige positiebepaling hebben (bjvoorbeeld door de log) om tot de juiste en nauwkeurige positie te komen. De verschillende mogelijke plaatsen liggen op een golflengte van elkaar. Het nauwkeurige Decca systeem werd gekozen boven het Gee systeem voor de landing in Normandië. Decca was de naam van een platenmaatschappij, maar maakte ook electronsiche apparatuur.
Het systeem had een bereik van 700km, met een nauwkeugigheid van enkele meters nabij de kust, dalende tot 1.5km als men op de grens van het bereik zat. Deze waarden waren voldoende voor de navigatie, waar een grotere nauwkeurigheid nodig is in de buurt van de havens. Ook het loran systeem gebruikte de verbetering van het decca systeem: dit werd loran-C (terwijl de standaard loran loran-A genoemd werd). Na de oorlog werd er snel overgeschakeld op loran-C voor miltaire toepassingen waar een grotere nauwkeurigheid vereist was, waardoor er veel surplus op de markt kwam. De commerciele schepen konden dus op een goedkope manier aan loran-A ontvangers geraken en dit systeem bleef in gebruik voor niet-militaire doeleinden. In de jaren 1970 kwamen er goedkopere loran-C ontvangers op de markt zodat de meeste schepen uitgerust konden worden met een loran-C ontvanger. Na de komst van het GPS systeem werden de zendmasten van de verschillende systemen uitgeschakeld. Het GPS systeem is trouwens ook gebaseerd op de hyperbolische navigatie en multilateratie. |
Er zijn natuurlijk verbeteringen aan dit systerem aangebracht, zoals het beter synchroniseren van de zenders. Maar één van de grote problemen was dat het niet mogelijk was mooie rechthoekige pulsen te maken. In de ontvanger zijn er afgestemde kringen (om de juiste frekwentie te selecteren) die een aantal oscillaties nodig hebben om het ontvangen signaal op te slingeren. De puls kan dus nooit mooi rechthoekig zijn. Dit is minder storend voor de radar (die ook afhankelijk is van de timing) omdat men hier met veel hogere frekwenties werkt.
Links de Decca-aanduider: iedere aanduider geeft de betreffende hyperbool aan van de rode, groene of paarse zendmast. Men moet dan nog enkel op de kaart kijken waar de lijnen kruisen. Om verwarring te vermijden worden de hyperbolen genummerd van 0 tot 23, 30 tot 47 en van 50 tot 79. De middenste indicatie is een onderverdeling, gaande van 0 tot 0.9. De aanduiders geven rood 6.15, groen 33.9 en paars 67.3.
Publicités - Reklame