La Radionavegación: Sistema de Medición, Reversa, Transmisiones

La radionavegación es la aplicación de radiofrecuencias para determinar la posición de un objeto en la Tierra. Al igual que la radio-localización, es un tipo de radio determinación. Los principios básicos son las mediciones desde/hacia balizas eléctricas, especialmente direcciones, por ejemplo, por rodamiento, radio-fases o interferometría, distancias, por ejemplo, en función de la medición de los tiempos de desplazamiento, en parte también la velocidad, mediante el desplazamiento Doppler por radio.

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Sistemas de medición de rodamientos

Estos sistemas utilizaban algún tipo de antena de radio direccional para determinar la ubicación de una estación de radiodifusión en tierra. A continuación, se utilizan técnicas de navegación convencionales para llevar a cabo una fijación por radio. Estos fueron introducidos antes de la Primera Guerra Mundial, y siguen siendo utilizados hoy en día.

Radiogoniometría

  • El primer sistema de radionavegación fue el Radio Dirección Finder, o RDF. Al sintonizar una emisora de radio y luego utilizar una antena direccional, se puede determinar la dirección de la antena de radiodifusión.
  • A continuación, se realizó una segunda medición utilizando otra estación. Usando triangulación, las dos direcciones pueden ser trazadas en un mapa donde su intersección revela la ubicación del navegador.
  • Las estaciones de radio AM comerciales pueden utilizarse para esta tarea debido a su largo alcance y alta potencia, pero también se instalaron cadenas de radio-balizas de baja potencia específicamente para esta tarea, especialmente cerca de aeropuertos y puertos.
  • Los primeros sistemas RDF utilizaban normalmente una antena de bucle, un pequeño bucle de alambre metálico que se monta de modo que pueda girar alrededor de un eje vertical.
  • En la mayoría de los ángulos el bucle tiene un patrón de recepción bastante plano, pero cuando está alineado perpendicularmente a la estación la señal recibida en un lado del bucle cancela la señal en el otro, produciendo una fuerte caída en la recepción conocida como “nula”.
  • Girando el lazo y buscando el ángulo del nulo, se puede determinar el rumbo relativo de la estación. Las antenas de bucle se pueden ver en la mayoría de los aviones y barcos anteriores a la década de 1950.

Reversa RDF

El principal problema con los hornos es que requieren una antena especial en el vehículo, que puede no ser fácil de montar en vehículos más pequeños o aviones con una sola tripulación. Un problema menor es que la precisión del sistema se basa hasta cierto punto en el tamaño de la antena, pero las antenas más grandes también dificultarían la instalación.

Durante la era entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial, se introdujeron una serie de sistemas que colocaron la antena giratoria en el suelo. A medida que la antena giraba a través de una posición fija, normalmente hacia el norte, la antena se marcaba con la señal de código Morse de las letras de identificación de la estación para que el receptor pudiera asegurarse de que estaba escuchando la estación correcta. Luego esperaron a que la señal llegara al pico o desapareciera cuando la antena apuntó brevemente en su dirección. Mediante la temporización del retardo entre la señal Morse y el pico/nulo, y luego dividiéndolo por la velocidad de rotación conocida de la estación, se pudo calcular el rumbo de la estación.

ADF y NDB

Baliza no direccional

Se introdujo un gran avance en la técnica RDF en forma de comparaciones de fase de una señal medida en dos o más antenas pequeñas, o en un solo solenoide altamente direccional. Estos receptores eran dramáticamente más pequeños, más precisos y más sencillos de operar. Combinado con la introducción del transistor y el circuito integrado, los sistemas RDF fueron tan reducidos en tamaño y complejidad que una vez más se volvieron bastante comunes durante la década de 1960, y fueron conocidos por el nuevo nombre, radiogoniómetro automático, o ADF.

Esto también condujo a un renacimiento en la operación de radiobalizas simples para el uso con estos sistemas RDF, ahora referidos como radiobalizas no direccionales (NDB). Como las señales LF/MF utilizadas por los BDN pueden seguir la curvatura de la tierra, el BDN tiene un alcance mucho mayor que el VOR, que viaja sólo en línea de visión. Los BND pueden ser categorizados como de largo o corto alcance dependiendo de su potencia. La banda de frecuencias asignada a las radiobalizas no direccionales es de 190-1750 kHz, pero el mismo sistema puede utilizarse con cualquier estación comercial común en la banda AM.

Estación transmisora VOR

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VHF rango omnidireccional

El rango omnidireccional de VHF, o VOR (VHF omnidirectional range), es una implementación del sistema RDF inverso, pero es más preciso y puede ser completamente automatizado.

En lugar de una sola señal, el transmisor VOR envía tres señales: una es un simple canal de voz que envía código Morse para identificar la estación, otra es una señal continua enviada en todas las direcciones, y la última es una señal que gira a 30 RPM. Al igual que el concepto Orfordness, el rumbo de la estación se mide encontrando el pico o nulo de la señal giratoria. Pero en lugar de cronometrar la señal, la señal giratoria se cambia en fase en sincronización con su rotación, de manera que está en fase cuando apunta al norte, a 90 grados cuando apunta al este, y así sucesivamente.

Comparando la fase de la señal recibida con la que se está emitiendo omnidireccionalmente, se puede determinar el ángulo utilizando una electrónica sencilla. Este ángulo se muestra en la cabina del avión, y puede ser usado para tomar una posición fija al igual que los primeros sistemas RDF, aunque es más fácil de usar.

Sistemas de vigas

Los sistemas de haces emiten señales estrechas en el cielo, y la navegación se logra manteniendo la aeronave centrada en el haz. Se utilizan varias estaciones para crear una vía aérea, con el navegante sintonizando en diferentes estaciones a lo largo de la dirección del viaje. Estos sistemas eran comunes en la era en que la electrónica era grande y costosa, ya que imponían requisitos mínimos a los receptores – simplemente eran aparatos de radio de voz sintonizados a las frecuencias seleccionadas. Sin embargo, no permitían la navegación fuera de los haces, por lo que su uso era menos flexible. La rápida miniaturización de la electrónica durante y después de la Segunda Guerra Mundial hizo que sistemas como el VOR resultaran prácticos, y la mayoría de los sistemas de haces desaparecieron rápidamente.

Rango de radio de baja frecuencia

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Estación terrena LFR

El rango de radio de baja frecuencia (LFR, también otros nombres) fue el principal sistema de navegación utilizado por los aviones para el vuelo instrumental en los años 30 y 40 en los EE.UU. y otros países, hasta el advenimiento del VOR a finales de la década de 1940. Se utilizó tanto para la navegación en ruta como para las aproximaciones por instrumentos.

Las estaciones terrestres consistían en un conjunto de cuatro antenas que proyectaban los haces de Lorenz en cuatro direcciones cardinales. Uno de los haces estaba “enchavetado” con la señal de código Morse “A”, dit-dah, con el segundo haz “N”, dah-dit. Volar por la línea central producía un tono constante. Las vigas fueron apuntadas hacia la siguiente estación para producir un conjunto de vías respiratorias, permitiendo que una aeronave viaje de aeropuerto a aeropuerto siguiendo un conjunto seleccionado de estaciones.

La precisión efectiva del rumbo era de unos tres grados, lo que cerca de la estación proporcionaba márgenes de seguridad suficientes para que los instrumentos se acercaran a mínimos bajos. En el momento de su despliegue máximo, había casi 400 estaciones LFR en los Estados Unidos.

Radar y transpondedores

Los primeros sistemas de radar, como el Chain Home del Reino Unido, consistían en grandes transmisores y receptores separados. El transmisor envía periódicamente un pulso corto de una poderosa señal de radio, que es enviada al espacio a través de antenas de transmisión. Cuando la señal se refleja fuera de un objetivo, parte de esa señal se refleja en la dirección de la estación, donde se recibe. La señal recibida es una pequeña fracción de la potencia de transmisión, y tiene que ser amplificada poderosamente para poder ser utilizada.

Las mismas señales también se envían a través del cableado eléctrico local a la estación del operador, que está equipada con un osciloscopio. La electrónica conectada al osciloscopio proporciona una señal que aumenta en voltaje en un corto período de tiempo, unos pocos microsegundos. Cuando se envía a la entrada X del osciloscopio, se visualiza una línea horizontal en el osciloscopio. Este “barrido” es activado por una señal tocada por la emisora, por lo que el barrido comienza cuando se envía el pulso. Las señales amplificadas del receptor se envían a la entrada Y, donde cualquier reflexión recibida hace que el haz se mueva hacia arriba en la pantalla. Esto hace que aparezcan una serie de “blips” a lo largo del eje horizontal, indicando señales reflejadas. Midiendo la distancia desde el inicio del barrido hasta el blip, que corresponde a la hora entre la emisión y la recepción, se puede determinar la distancia al objeto.

Equipos de medición de distancia

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Sistema táctico de navegación aérea

En la era de la posguerra, un sistema general de navegación que utilizaba sistemas basados en transpondedores se desplegó como sistema de equipos de medición de distancia (DME). El DME era idéntico al Gee-H en concepto, pero utilizó una nueva electrónica para medir automáticamente el retardo de tiempo y mostrarlo como un número, en lugar de que el operador cronometrara las señales manualmente en un osciloscopio.

Esto llevó a la posibilidad de que los pulsos de interrogación DME de diferentes aviones pudieran confundirse, pero esto se resolvió haciendo que cada avión enviara una serie diferente de pulsos que el transpondedor basado en tierra repitió. El DME casi siempre se utiliza junto con el VOR y normalmente se ubica en una estación VOR. Esta combinación permite que una sola estación VOR/DME proporcione ángulo y distancia, y por lo tanto una sola estación fija. El DME también se utiliza como base de medición de distancia para el sistema militar TACAN, y sus señales DME pueden ser utilizadas por receptores civiles.

Sistemas hiperbólicos

Navegación hiperbólica

Los sistemas de navegación hiperbólica son una forma modificada de sistemas de transpondedores que eliminan la necesidad de un transpondedor aerotransportado. El nombre se refiere al hecho de que no producen una sola distancia o ángulo, sino que indican una ubicación a lo largo de cualquier número de líneas hiperbólicas en el espacio. Dos de estas medidas producen una solución.

Como estos sistemas casi siempre se utilizan con una carta de navegación específica con las líneas hiperbólicas trazadas en ella, generalmente revelan la ubicación del receptor directamente, eliminando la necesidad de triangulación manual. A medida que estas cartas fueron digitalizadas, se convirtieron en los primeros sistemas de navegación que indicaban la ubicación real, dando como resultado la ubicación del receptor en latitud y longitud.

Los sistemas hiperbólicos se introdujeron durante la Segunda Guerra Mundial y siguieron siendo los principales sistemas avanzados de navegación de largo alcance hasta que el GPS los reemplazó en la década de 1990.

Otros sistemas hiperbólicos

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Sistemas hiperbólicos similares incluían el VLF/Omega Navigation System de Estados Unidos y el Alpha similar desplegado por la URSS. Estos sistemas determinaban la temporización del pulso no por comparación de dos señales, sino por comparación de una sola señal con un reloj atómico local. El costoso mantenimiento del sistema Omega se cerró en 1997 a medida que el ejército estadounidense migraba al uso de GPS. Alfa sigue en uso.

Navegación por satélite

Desde los años sesenta, la navegación se ha desplazado cada vez más hacia los sistemas de navegación por satélite. Se trata esencialmente de sistemas ISD situados en el espacio. El hecho de que los satélites estén en órbita y se muevan normalmente con respecto al receptor significa que también debe tenerse en cuenta el cálculo de la posición del satélite, que sólo puede manejarse eficazmente con un ordenador.

El Sistema de Posicionamiento Global, mejor conocido como GPS, envía varias señales que se utilizan para decodificar la posición y la distancia del satélite. Una señal codifica los datos de “efemérides” del satélite, que se utilizan para calcular con precisión la ubicación del satélite en cualquier momento. El clima espacial y otros efectos hacen que la órbita cambie con el tiempo, por lo que las efemérides deben actualizarse periódicamente.

Otras señales envían la hora medida por el reloj atómico a bordo del satélite. Al medir esta señal de varios satélites, el receptor puede reconstruir una señal de reloj precisa por sí mismo. La comparación de los dos produce la distancia al satélite, y varias de estas mediciones permiten llevar a cabo una forma de triangulación.

El GPS tiene mayor precisión que cualquier sistema terrestre anterior, está disponible en casi todos los lugares de la Tierra, se puede implementar en unos pocos centavos de la electrónica moderna y sólo requiere unas pocas docenas de satélites para proporcionar cobertura mundial. Como resultado de estas ventajas, el GPS ha provocado la caída de casi todos los sistemas anteriores. LORAN, Omega, Dacca, Consola y muchos otros sistemas desaparecieron durante los años 1990 y 2000.

Los únicos otros sistemas que todavía se utilizan son los de ayuda a la aviación, que también se están desactivando para la navegación de largo alcance, mientras que se están desplegando nuevos sistemas GPS diferenciales para proporcionar la precisión local necesaria para aterrizajes ciegos.

Referencias

 Dutton, Benjamin (2004). “15 – Radionavegación Básica”. Dutton’s Nautical Navigation (15 ed.). Naval Institute Press. pp. 154-163. ISBN 155750248X.

 Kayton, Myron; Walter R. Fried (1997). “4 – Sistemas de radionavegación terrestre”. Sistemas de navegación aérea. John Wiley & Sons. pp. 99-177.

 Kayton, Fried 1977, p.116

 Bauer, Arthur O. (26-dic-2004). “Algunos aspectos históricos y técnicos de la radionavegación, en Alemania, durante el período 1907-1945” (PDF). Consultado el 25 de julio de 2013.

 Kayton, Fried 1977, p.123

 Kayton, Fried 1977, p.133

 “El sistema de navegación Loran-C” (PDF). Jansky y Bailey. Febrero de 1962. págs. 18 a 23. Consultado el 25 de julio de 2013.

 Jansky & Baily 1962, págs. 23-37.

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Licda. En Comunicación Social, mención Comunicación y Desarrollo con 16 años en el ejercicio del periodismo, ahora Redactora Web Maracay- Venezuela

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