Sistem de Navigatie

CUPRINS

1. Generalități privind sistemele de navigație

1.1. Introducere

În acest capitol mi-am propus sa descriu pe scurt sistemele de navigație. Primul subcapitol pune accentul pe definirea conceptului de „SISTEM DE NAVIGAȚIE”. Al doilea subcapitol continuă cu istoria și evoluția acestor sisteme de-a lungul timpului. În cel de-al treilea subcapitol am făcut o clasificare a principalelor sisteme de navigație și am descris fiecare sistem prezent în schemă. În al patrulea subcapitol am evidențiat principalele tendințe ale sistemelor de navigație.

1.2. Definirea conceptului de sistem de navigație

Sistemul de navigație reprezintă un ansamblu de instalații aflate atât la bordul aeronavelor cat și la sol sau pe orbită, a căror rol este de a asigura deplasarea aeronavei în deplină siguranța și cu maximă eficiență.

1.3. Necesitatea, istoricul și evoluția sistemelor de navigație

Navigația este știința care ne învață sa parcurgem, eficient și în siguranța, distanța între doua puncte. Chiar dacă mergem pană la magazinul din colț sau la cofetăria preferată din centrul orașului, ne vom folosi de elemente de navigație ca: repere, direcții etc.

Dezvoltarea acestei științe a început odată cu dezvoltarea navigației maritime. Prima menționare în istorie a unui vas destul de mare pentru a transporta bunuri este în jurul anului 3500 î.e.n. Acești primi navigatori rămâneau aproape de țărm și navigau ‚la vedere’ folosindu-se de repere și caracteristici geografice ale țărmului. De obicei navigau în timpul zilei. Cu timpul, navigatorii, au început sa se depărteze de țărm și au avut nevoie de noi metode pentru navigație; au început sa determine latitudinea observând înălțimea soarelui în timpul zilei și a Stelei Polare pe timpul nopții. Alidada, astrolabul, busola, sextantul sunt doar câteva din multitudinea dispozitivelor descoperite pentru a servi, printre altele, si navigației.

Navigația aeriană a luat ființa odată cu primele aparate de zbor, respectiv baloanele cu aer cald. Acestea zburau ziua și foloseau procedeul de navigație la vedere ce presupunea confruntarea hărții cu a terenului. În cadrul aviației moderne abia în anul 1904 ideea de a folosi unde radio pentru ghidarea aeronavelor a fost adusa în discuție, fiind pusa în practica în anul 1907. Principalele metode ale navigației aeriene, în ordinea apariției lor, sunt: navigația observată, navigația estimată și radionavigația.

Navigația estimată presupune prezența la bord a unui număr minim de instrumente fără de care nu se poate executa: busola, cronometrul, vitezometrul și altimetrul. Această metodă poate fi folosită cu succes în zborurile VFR sau în cazul defectării aparatelor de radionavigație.

Navigația radioelectronica este metoda generala de navigație, folosita de toate categoriile și tipurile de avioane, de la cele mai mici, de turism, pana la aerobuze și avioane supersonice. Ea se bazează pe utilizarea posibilităților pe care le oferă radiotehnica în determinarea direcției și distantei cu ajutorul undelor electromagnetice. Din aceasta cauza ea oferă în același timp cel mai înalt grad de precizie și automatizare în determinarea elementelor de navigație. Precizia determinării elementelor de navigație este absolut necesara și ea este impusa de: creșterea continua a traficului aerian, viteza de croaziera mereu crescânda, necesitatea de a asigura aterizarea în deplina securitate. Pentru determinarea elementelor de navigație necesare pe toate etapele zborului, sunt utilizate mijloace de radionavigație atât la sol cat și la bordul avionului.

1.4. Clasificarea sistemelor de navigație

1.4.1 Sisteme de navigație autonome

Aceste sisteme, împreună cu toată aparatura necesară funcționării acestora, se găsesc pe aeronavă spre deosebire de sistemele neautonome unde o parte din sistem se regăsește la sol sau în spațiu și e nevoie de o comunicare intre stația de la bord și cea de la sol sau din spațiu pentru funcționarea sistemului. Cele mai folosite sisteme autonome de navigație sunt: radarul paoramic de bord, radarul Doppler, radiocompasul și sistemul inerțial de navigație.

1.4.1.1. Radarul panoramic de bord

Radarul panoramic de bord este folosit pentru determinarea elementelor de navigație, supravegherea solului si descoperirea formațiunilor orajoase. Datorită caracteristicilor meteorologice nefavorabile zborului ce includ descărcări electrice, vizibilitate redusă, grindină și mișcări convective ale aerului ce pot depăși 50 m/s, formațiunile orajoase trebuie ocolite. Acest radar este necesar deoarece stațiile meteorologice de la sol pot anunța doar existența condițiilor ce duc la formarea de oraje intr-un areal, nu și locul exact al acestora. Principiul de funcționare este acela al unui radar primar. Antena radarului emite un semnal de o anumita durată, frecvență și amplitudine – corespunzătoare scopului pentru care este întrebuințat radarul – , apoi semnalul lovește obstacolul și se întoarce la receptor unde după prelucrarea semnalului este stabilită distanța pana la obstacol, viteza si dimensiunea acestuia.

1.4.1.2. Radarul automat de bord de tip Doppler

Efectul Doppler își găsește aplicabilitate în principiul de funcționare al diferitelor mijloace de radionavigație, în scopul ridicării preciziei elementelor determinate. La bordul aeronavelor, efectul Doppler este folosit de radarul panoramic în regimul de lucru „Deriva” precum și de radarul special Doppler numit câteodată și navigator Doppler, destinat determinării vitezei la sol, a derivei, a abaterii laterale liniare și a drumului parcurs.

Efectul Doppler este o schimbare aparentă a frecvenței radiate, când distanța dintre emițător și receptor se modifică. Pentru o înțelegere mai ușoară a acestui fenomen putem remarca un fenomen asemănător în fizica și anume propagarea undelor sonore. De exemplu sunetul sirenei unei locomotive ce se apropie de un observator va pare acestuia mult mai înalt decât este în realitate, iar după trecerea locomotivei sunetul se va percepe mult mai coborât. Prin urmare, la apropierea sursei de sunet cu o anumita viteza, frecvența vibrațiilor, respectiv a oscilațiilor undelor sonore crește, iar la îndepărtarea sursei, frecventa oscilațiilor se micșorează. Același fenomen se observa dacă sursa de vibrații sonore este fixa și se deplasează observatorul.

1.4.1.3. Radioaltimetrul

Este un aparat autonom, inventat în SUA în anul 1924, care măsoară distanța dintre aeronava și sol, prin unde electromagnetice. Funcționează pe principiul radarului primar. Antena radioaltimetrului emite unde electromagnetice și măsoară timpul în care acestea se întorc la aeronava, astfel măsurând distanța. Erorile de măsurare cresc odată cu distanta dintre aeronava și sol, însă nu depășesc 2 m la înălțimea de 1000 m

1.4.1.4. Sistemul Inerțial de navigație

1.4.2. Sisteme de navigație neautonome

Aceste sisteme de navigație se deosebesc de cele autonome prin faptul ca instalația de la bordul aeronavelor nu poate funcționa fără instalația de la sol. Dezavantajul acestor sisteme constă în faptul

1.4.2.1. Radiogoniometrul terestru

Sistemul de navigație cu ajutorul radiogoniometrului terestru se considera ca fiind primul utilizat în navigația radioelectrica. Apărut întâia oara în anul 1907, pentru nevoile marinei, el se perfecționează și mai târziu, în anul 1919, acest sistem începe sa-și găsească o întrebuințare din ce în ce mai larga în aviația de transport. Sistemul consta dintr-un receptor special cu acțiune dirijata instalat la sol, cu ajutorul căruia se determina direcția spre stația de emisie care se afla la bordul avionului. Informațiile determinate de stația de la sol sunt transmise prin stația de comunicație echipajului aeronavei.

1.4.2.2. Radiocompasul

Radiocompasul este un radioreceptor de la bordul avionului, care utilizează principiul directiv al antenei cadru pentru a determina gismentele și relevmentele de la radiofarurile aviației și marinei precum și de la unele posturi de radiodifuziune. Sub forma sa actuala de radiogoniometru automat de bord, el a apărut pentru prima oara în Franța în anul 1926, ca o realizare a lui L. Busignies, mai târziu în S.U.A. și Olanda, în scopul de a înlocui goniometrele manuale de bord. Radiocompasul a cunoscut o utilizare din ce în ce mai larga, astfel încât în momentul de fata reprezintă unul din cele mai importante mijloace de navigație radioelectrica care asigura executarea zborului în orice condiții meteorologice, și cu o precizie satisfăcătoare pentru nevoile navigației.

1.4.2.3. Sistemul CONSOL

Sistemul de navigație radiogoniometric pentru distante lungi CONSOL este utilizat atât de aviație cat și de marina, acoperind prin raza de acțiune a mijloacelor instalate la ora actuala întreg globul terestru. Sistemul a fost conceput și folosit pentru prima oara în Germania, în anul 1942, sub denumirea de SONNE. Suferind unele perfecționări, sistemul apare în Anglia sub denumirea de CONSOL, în S.U.A CONSOLAN și în U.R.S.S. VMR. Sistemul prezintă o serie de avantaje, dintre care cele mai importante constau în faptul ca determinarea relevmentului nu depinde de capul de zbor al avionului, de declinația magnetica, unghiul de convergenta al meridianelor, radiodeviație precum și de simplitatea transpunerii pe harta a relevmentelor. Ca dezavantaj, în afara servituților undelor lungi și medii utilizate de acest radiofar, trebuie remarcata discontinuitatea informațiilor și lipsa indicațiilor asupra relevmentului avionului.

1.4.2.4. Sistemul LORAN

Este un sistem navigație hiperbolica conceput pentru distanțe lungi. Denumirea de hiperbolic vine de la liniile de poziție care se determină cu ajutorul hiperbolelor. Hiperbola fiind locul geometric al tuturor punctelor, pentru care diferența distanțelor fața de două focare este constantă. A fost dezvoltat în anul 1940 în S.U.A. fiind utilizat cu succes în aviație și marină în timpul celui de-al doilea război mondial. După anul 1944 sistemul a suferit o serie de ameliorări ce au avut ca rezultat folosirea undelor spațiale pe lângă cele de suprafață, mărind astfel raza de acțiune la peste 1500km. În anul 2014 a fost oprită ultima stație a sistemului LORAN în S.U.A., urmând ca în 2016 sistemul sa dispară.

1.4.2.5. Radiofarul omnidirectional VOR

Navigația aeriană cu ajutorul radiofarurilor omnidirecționale pe unde ultra scurte, VOR, constituie în prezent sistemul standard adoptat pe plan internațional și omologat OACI pentru distante scurte și medii ce nu depășesc 400 km. Ca principiu de funcționare, radiofarurile omnidirecționale lucrând în gama undelor lungi au apărut în anul 1908 sub denumirea de Telefunkenkomapass. Acest sistem pe unde lungi nu a avut o întrebuințare practica prea mare și a fost abandonat. Odată însă cu trecerea la tehnica undelor ultra scurte în navigația aeriană, și acesta în scopul înlăturării interferentelor de tot felul, a bruiajelor, a paraziților, etc., sistemul a fost reactualizat și perfecționat, în special în S.U.A., fiind omologat în anul 1949 ca sistem standard internațional.

1.4.2.6. Sistemul pentru măsurarea distanței – DME

Sistemul DME este sistem telemetric de radionavigație, care consta dintr-un echipament combinat, amplasat la sol și la bordul avioanelor, funcționând în gama frecventelor ultra înalte (UHF), destinat a măsura și indica permanent pilotului distanta oblica a avionului fata de un echipament DME de la sol. Sistemul are o mare asemănare cu radarul în sensul ca utilizează pentru transmiterea informațiilor tehnica impulsurilor. El deriva din sistemul „Rebecca-Eureka” folosit în timpul celui de al doilea război mondial și care funcționa pe o frecventa în jur de 200 MHz. Ulterior, în anul 1959, sistemului i-au fost atribuite frecventele de lucru cuprinse 960-1.215 MHz, iar în anul 1965 a apărut în dotarea curenta a aviației civile ca un sistem omologat pentru distante medii și scurte.

1.4.2.7. Sistemul de aterizare instrumental – ILS

Reprezintă un ansamblu de mijloace radiotehnice la sol și la bordul aeronavelor care permit pilotului, indiferent de condițiile meteorologice, sa mențină precise direcția și panta de aterizare. Primele sisteme de aterizare după instrumente au apărut în Germania în anul 1932, sub denumirea Lorenz, apoi prin perfecționări treptate s-a ajuns la un sistem standardizat în întreaga lume, numit ILS.

1.4.2.8. Sistemul TACAN

Acest sistem a fost conceput în S.U.A. în anul 1945 numai pentru aviația militară. Este un sistem goniotelemetric pentru distanțe medii și funcționează în gama undelor ultra înalte UHF, cuprinse intre 962 și 1.213 MHz. Sistemul determină continuu poziția aeronavei în coordonate polare asemănător sistemului VOR/DME. TACAN se compune dintr-un echipament de bord, interogator și un echipament de sol de răspuns.

1.4.2.9. Sistemul de poziționare globală – GPS

Conceptul acestui sistem a apărut în anii ’60 în SUA, fiind folosit exclusiv de Armata SUA și aliații acesteia pana în anul 1996 când a devenit disponibil publicului larg. El se bazează pe schimbul de informații intre aparatura de la bordul aeronavei (Figura 4) și cel puțin cinci sateliți GPS; pentru o precizie mai mare, numărul de sateliți creste. Receptorul de la bord primește semnale de la sateliți și măsoară distanta stație – satelit. Măsurând cel puțin patru astfel de distanțe se determina poziția aeronavei, satelitul numărul cinci fiind un satelit de siguranța. În funcție de caracteristicile receptorului de la bordul aeronavei, erorile pot fi de la 3 pana la 10 m.

2. Repere teoretice privind sistemele de navigație

2.1. Introducere

În acest capitol mi-am propus sa prezint modul de funcționare al principalelor instalații de navigație aeriană. Voi descrie principiile de funcționare pentru radiogoniometru, radar, telemetru și sistemul global de navigație.

2.2. Principii teoretice privind sistemele de navigație

2.2.1. Principii teoretice privind funcționarea radiogoniometrului

Denumirea de „radiogoniometru” poate fi separată în trei elemente de compunere savantă, primul este ,,radio”, acesta este un element ce face referire la faptul că informația se transmite cu ajutorul undelor electromagnetice; al doilea element este „gonio” cu semnificația „unghi”; al treilea element este sufixul „metru” ce în acest caz indică măsurarea elementului prim. Astfel deducem că un radiogoniometrul este o instalație al cărui scop este măsurarea unghiurilor folosindu-se de radiația electromagnetică. Sistemele de navigație ce se folosesc de proprietățile radiogoniometrului sunt: Radiocompasul, VOR, Radiogoniometrul, ILS și TACAN.

Sistemul este compus dintr-un receptor cu acțiune dirijată poziționat la sol, folosit pentru a determina direcția către stația de emisie ce se află la bordul aeronavei, adică permite aflarea relevmentului avionului sau a radiogoniometrului. Relevmentul este unghiul măsurat, în sensul acelor de ceasornic de la 0° la 360°, între nordul aeronavei sau nordul stației de la sol și direcția ortodromică aeronavă – stație. Valoarea determinată a relevmentului este transmisă echipajului, la cererea acestuia, cu ajutorul unei stații obișnuite de emisie utilizată pentru comunicații intre aeronavă și structurile de la sol.

Funcționarea radiogoniometrului se bazează pe utilizarea proprietăților de orientare a antenelor cadru, acestea permițând aflarea direcției din care este emis semnalul. Antena cadru este antena formată din una sau mai multe spire, care pot fi diferite ca formă și ale căror capete sunt conectate fie la amplificatorul de înaltă frecvență al receptorului fie la generatorul de înaltă tensiune al emițătorului. Pentru stabilirea caracteristicilor de directivitate ale unei antene cadru este necesar a se analiza comportarea unei astfel de antene simplificate într-un câmp electromagnetic. După cum putem observa în figura X a amplitudinea maximă ajunge la cele două laturi ale cadrului în același timp.

De unde rezultă că și forțele electromagnetice EA și EB iau naștere în aceste laturi ale cadrului sunt egale între ele și fiind orientate în sens contrar ele se anulează. Forța electromotrică rezultantă ER din cadru este egală cu zero și prin aceasta nu trece nici un curent iar audiția semnalelor radio emise va fi minimă. Dacă cadrul se întoarce cu 180° se observă că efectul este același, adică prin cadru nu va circula nici un curent. Când planul antenei cadru coincide cu direcția spre stația de radioemisie, undele electromagnetice vor sosi la cele două laturi ale cadrului cu interval de timp diferit, necesar undei pentru a străbate distanța dintre cele două laturi ale cadrului. Din figura X b fazele undei electromagnetice în latura A și B a antenei cadru nu sunt identice în același moment și deci forța electromotrică ce ia naștere va fi diferită și anume egală cu diferența dintre forțele născute în cele două laturi ale antenei cadru. Această diferență are valoarea maximă când distanța între laturile A și B ale cadrului prezintă o jumătate de lungime de undă.

În spirele cadrului va începe să circule un curent al cărui sens este indicat de sageată. În această poziție a cadrului unui receptor, audiția semnalelor radio este maximă.

În figura X c poziția antenei cadru este aceeași, diferă doar momentul considerat al observației și anume este ales ceva mai târziu față de cazul precedent b. Sensul curentului rezultant în antena cadru va fi de data aceasta invers. Totodată, presupunând antena cadru întoarsă cu 180°, adică cu latura B spre stația de emisie înseamnă ca și forța electromotrica rezultantă în spire va fi egală și de semn contrar celei considerate în cazul b.

Când planul antenei cadru se găsește intr-o poziție intermediară față de stația radio, valoarea forței electromotrice rezultante în cadru se determină astfel:

ER= EMAX cosα în care:

ER= forța electromotrică rezultantă;

EMAX = forța electromotrică maximă;

α = unghiul dintre planul antenei cadru și direcția stației radio.

Valoarea câmpului electromagnetic se exprimă în microvolți pe metru (mv/m) și reprezintă numărul de microvolți care se introduc în antenă având o înălțime efectivă de 1 metru. Pentru obținerea diagramei de directivitate a antenei cadru, care reprezintă în fond intensitatea semnalului recepționat, este necesar a se măsura valoarea câmpului electromagnetic indus în antenă rotind-o în sens invers trigonometric pe cuprinsul a 360°, după desenul din figura X. Pentru o înțelegere mai ușoară presupunem ca s-au obținut valorile din tabelul X.

Tabelul X. Valori obținute la măsurarea câmpului electromagnetic în antena cadru

Amplasând aceste valori, ca direcție și intensitate față de un punct comun, se obține o diagramă polară în formă de opt pe care se poate măsura valoarea câmpului la orice unghiul de incidență a antenei cadru.

În acest mod, de exemplu, pentru un unghi măsurat de 45° valoarea câmpului electromagnetic măsurată pe diagrama din figura X este de 6,9 mv/m.

Aceeași diagramă se obține și în cazul utilizării antenei cadru pentru o stație de emisie. Analizând valorile din tabelul de mai sus sau din figura X putem observa următoarele caracteristici importante:

Pentru o mică schimbare de direcție în apropierea minimului, se produce o schimbare mult mai mare a intensității semnalului decât o aceeași schimbare de direcție în apropierea maximului.

Semnalele au valori minime față de direcția incidentă a undelor pe direcții stabile și anume 90° și 270°.

Fazele curentului electric rezultant în antenă sunt inverse în cele două părți ale direcției 90° – 270°.

Din cauza acestei caracteristici determinarea relevmentelor radio cu ajutorul antenei cadru se obține cu mai multa precizie folosind semnalul minim și nu cel maxim. Deoarece există doua poziții ale cadrului pentru obținerea audiției minime a semnalului, apare incertitudinea de 180° și este necesară o determinare a sensului semnalului incident. Acest lucru se realizează combinând o antenă cadru cu o antenă simplă verticală numită antenă deschisă. Diagrama de directivitate a unei antene deschise, așa cum s-a văzut, se reprezintă sub forma unui cerc. Dacă cele două semnale, ale antenei cadrul și ale antenei deschise, sunt opuse ca fază dar având aceeași amplitudine, combinând valoarea câmpului electromagnetic de 10mv/m a antenei deschise, se obțin datele din tabelul X.

Tabelul X. Date obținute după ce semnalul a trecut prin ambele antene.

Amplasând valorile acestea ca direcție și intensitate de la un pucnt comun se obține o diagramă de directivitate în formă de inimă numita cardioidă, după cum se poate observa și în figura X. Comparând cardioida cu diagrama din figura X se observă diferențele următoare:

a) Apare un singur minim;

b) Minimum diferă cu 90° față de oricare din minimum al antenei cadru simple.

Minimul de audiție a semnalelor corespunde cu direcția dinspre care sosesc undele electromagnetice și diferă cu 180° de maximum de audiție. În acest fel incertitudinea de 180° este eliminată.

Orientarea antenei cadru astfel încât audiția semnalelor stației radio sa fie minimă se mai numește și „stingerea semnalului” și presupune faptul ca axul cadrului va coincide cu direcția spre stația radio de emisie. Cunoscând direcția meridianului geografic în locul de amplasare al radiogoniometrului, unghiul dintre direcția nordică a meridianului geografic și axa cadrului va fi egal cu relevmentul adevărat de la bordul aeronavei. Dacă se cunoaște și declinația magnetică a locului, se poate obține și relevmentul magnetic.

Antena cadru reprezintă, cel puțin teoretic, mijlocul ideal pentru determinarea direcției unui semnal emis pe orice frecvență. În realitate, un semnal polarizat vertical pe parcursul propagării datorate reflecției de la unele obstacole găsite pe sol sau datorită ionosferei creează componente apreciabile polarizate orizontal. Aceste componente produc tensiuni parazitare în brațele verticale ale antenei cadru astfel generând erori apreciabile în determinarea semnalului minim.

Datorită acestor erori de polarizare, în special la undele scurte și ultra scurte, antenele cadru au fost înlocuite cu antene verticale de tip „Adcock”, lipsite de orice element orizontal.

În forma cea mai simplă, prezentată în figura X, două antene verticale sunt conectate la un receptor prin două cabluri blindate de aceeași lungime. Operațiunea este asemănătoare cu aceea dintr-o antenă cadru, în sensul ca un minim de audiție apare atunci când planul ce trece prin antene face un unghi de 90° cu direcția de sosire a semnalelor. Acest tip de antenă poartă denumirea de antenă „U”, din cauza formei. De obicei ea are patru brațe și poartă denumirea de antenă „H”.

Odată cu evoluția mijloacelor de radionavigație și sistemul radiogoniometric terestru a trecut prin trei etape și anume:

Etapa utilizării radiogoniometrelor pe unde lungi și medii MDF;

b) Etapa utilizării radiogoniometrelor pe unde scurte HDF;

c) Etapa utilizării radiogoniometrelor pe unde ultrascurte VDF.

Radiogoniometrele pe unde lungi și medii cu mod de lucru doar în telegrafie, utilizând codul Morse precum și radiogoniometrele pe unde scurte, cu mod de lucru în fonie, nu se mai utilizează pentru că gamele respective de frecvențe nu mai sunt folosite. De altfel, servituțile propagării undelor în gama acestor frecvențe precum și durata relativ mare necesară operațiunii de goniometrare a avionului, a contribuit pe plan internațional la scoaterea din uz a acestor două categorii de goniometre.

În utilizare, la ora actuală, radiogoniometrele pe unde ultra scurte – VDF – sunt folosite pentru navigația pe distanțe scurte și în condițiile unui trafic relativ redus, având o eficiență și precizie satisfăcătoare.

Avantajele sistemului sunt:

– lipsa la bordul aeronavelor a vreunei aparaturi speciale pentru determinarea relevmenetlor;

– paraziții atmosferici nu influențează calitatea recepționării undelor ultra scurte și deci a determinării relevmentelor;

– determinarea relevmentlului la sol se face instantaneu, în majoritatea cazurilor pe ecranul unui tub catodic.

Sistemul radiogoniometric prezintă insă și dezavantaje:

– operativitate redusă. Simultan un goniometru terestru poate lucra doar cu o singură aeronavă și numai în cazuri deosebite cu două aeronave;

– lipsa la bordul aeronavei a unui indicator care să prezinte relevmentul sau linia de poziție. Relevmentele transmise trebuie memorate de pilot, îngreunând astfel operativitatea corecțiilor.

Radiogoniometrul pe unde ultra scurte este utilizat pentru rezolvarea următoarelor probleme:

– determinarea linie de poziție a aeronavei;

– determinarea vitezei la sol;

– determinarea punctului avionului;

– efectuarea controlului zborului de apropiere către radiogoniometru;

– efectuarea controlului zborului de îndepărtare de la radiogoniometru;

– determinarea distanței de zbor până la radiogoniometru.

Din punct de vedere al determinării preciziei relevmentelor, radiogoniometrele se clasifică în trei clase și anume:

– Clasa A care are o precizie în determinarea relevmentelor de ±2°;

– Clasa B care are o precizie în determinarea relevmentelor de ±5°;

– Clasa C care are o precizie în determinarea relevmentelor de ±10°.

2.2.2. Principii teoretice privind funcționarea radarului

Radarul reprezintă un mijloc de navigație care folosește o tehnica radio aparte și anume transmiterea undelor electromagnetice, de regula sub forma de impulsuri, precum și recepționarea acestora după ce au fost reflectate de diferite obiecte din spațiu. El este utilizat la sol, la bordul navelor și aeronavelor pentru a localiza în spațiu, adică a determina unele coordonate fata de stația radar, dintre care direcția și distanta sunt cele mai importante și mai folosite. Radarul este deci un mijloc de radionavigație goniotelemetric. Sunt unele radare care pot determina pe lângă direcție și distanta și înălțimea de zbor, așa cum sunt cele utilizate în aviația civila pentru controlul apropierii de precizie (la aterizare). Asemănător radarului și bazat pe aceeași tehnica și principiu este echipamentul pentru măsurarea distantei DME și transponderul, unde impulsurile recepționate nu sunt cele reflectate, ci impulsuri generate de dispozitive speciale.

Încă din anul 1888, savantul Hertz a demonstrat modul de transmitere a energiei electromagnetice în spațiu și faptul ca aceasta energie este capabila sa se reflecte. Dacă transmiterea și recepția undelor electromagnetice intre doua puncte a început sa fie practicata sub forma de radiocomunicații din anul 1922, ideea măsurării timpului scurs intre transmiterea unui semnal radio și recepția aceluiași semnal reflectat de un obiect oarecare a apărut simultan în mai multe tari: Anglia, U.R.S.S, S.U.A. în jurul anului 1925. Experimentele soldate cu succes în acea vreme, se mărgineau însă la determinarea înălțimii ionosferei. Echiparea primei nave comerciale cu un dispozitiv de descoperire și localizare a poziției altor nave în condiții lipsite de vizibilitate este atribuita prof. Taylor, în anul 1937. În decurs de doi ani, acest dispozitiv – radarul – s-a dezvoltat în așa măsura încât din primele zile ale celui de al doilea război mondial a permis trupelor aliate sa zădărnicească acțiunile marinei și în special ale submarinelor germane. Ulterior radarul a fost folosit și pentru supravegherea spațiului aerian în vederea descoperirii de la sol a avioanelor tarilor beligerante, iar la bord sub forma de vizor de bombardament sau aparate de ochire. După terminarea celui de al doilea război mondial, radarul a continuat sa se dezvolte rapid pentru a asigura nevoile marinei comerciale, a aviației civile, a meteorologiei și cosmonauticii.

În cazul aviației civile, radarul reprezintă un mijloc fără de care traficul aerian, în special în zonele de aerodrom, ar fi de neconceput. El furnizează informații sigure, precise și continue despre coordonatele avioanelor și la nevoie poate furniza informații asupra vitezei, identității aeronavei precum și a altor date legate de deplasare aeronavei. Pentru piloții de la bordul aeronavelor, radarul permite în condiții lipsite de vizibilitate să identifice la sol diferite repere importante ca orașe, lacuri, să determine viteza la sol și sa ocolească zone sau focare orajoase.

Prin coordonatele aeronavei, pe care le determină radarul de la sol se înțeleg: azimutul, distanța și unghiul de înălțare. Azimutul, notat adesea cu „α”, este unghiul în plan orizontal măsurat intre nordul magnetic și proiecția distanței inclinate intre stația radar și avion. El se măsoară de la 0° – 360° în sens invers trigonometric. Unghiul de înălțare este unghiul măsurat în plan vertical intre linia care reprezintă distanța inclinată radar – avion și proiecția ei pe planul orizontal notat „ɛ”. Ea folosește la determinarea înălțimii avionului. Distanța inclinată SPI reprezintă distanța măsurată direct din punctul de amplasare al radarului spre avion.

Pentru a cunoaște modul cum funcționează un radar este necesar să ținem cont de următoarele:

a) Energia electromagnetică sub forma undelor radio se reflectă de la diferite obiecte dispuse în calea propagării lor. Aceste obiecte poartă denumirea de ținte.

b) Unele tipuri de antene permit concentrarea energiei electromagnetice intr-un fascicul îngust, ceea ce asigură o acțiune dirijată, adică undele electromagnetică este trimisă și primită în și dinspre direcția țintelor, având astfel posibilitatea de a determina coordonatele țintelor.

c) Cunoscând viteza de propagare în spațiu a undelor electromagnetice și ținând cont de timpul necesar unui semnal emis de a se deplasa de la stația radar la țintă și de timpul necesar semnalului reflectat de a reveni la stația radar, se poate cu ușurință determina distanța țintei față de radar.

d) Stațiile radar funcționează în gama undelor decimetrice și centimetrice care, așa cum s-a văzut, se propagă în linie dreaptă, nu ocolesc obstacolele, suferind în mică măsură de pe urma refracției și difracției și în mare măsură de pe urma reflecției și absorbției.

e) Regimul de lucru al emițătoarelor este în general acela de impuls care permite să se concentreze pe o durată foarte scurtă un semnal de foarte mare putere, adică o mare cantitate de energie electromagnetică care este radiată în spațiu.

Principiul de funcționare al radarului se bazează pe faptul că impulsurile de energie electromagnetică se propagă pe direcția dată de antenă, cu viteza de 300.000 km/s, adică 300 km într-o microsecundă (μs) care este unitatea de măsurare în tehnica impulsurilor. Impulsurile sunt radiate unul după altul, la anumite intervale de timp, având intre ele pauze. În timpul pauzelor funcționează receptorul radarului, care se cuplează automat la aceeași antenă a emițătorului.

Întâlnind în calea sa o țintă, adică un obstacol, o parte din energia electromagnetică este absorbită, în funcție de materialul din care este construită ținta, iar o parte este reflectată în toate părțile, deci și inspre stația radar. Cunoscând durata de timp necesară unui impuls de a parcurge spațiul stație radar – țintă și inapoi spre stația radar, se poate ușor determina distanța cu ajutorul ecuației 1:

S=

2.2.3. Principii teoretice privind funcționarea telemetrului

Ca și în cazul goniometrului, denumirea de „telemetru” poate fi separată în prefixul „tele” ce este un element prim de compunere savantă cu semnificația „distanță” și sufixul „metru” care este un element secund de compunere savantă ce indică măsurarea primului element. Din semnificația celor doua elemente deducem ca un telemetru este un aparat de măsurare a distanței. Sistemele de navigație ce folosesc proprietățile telemetrului sunt: DME, ILS, TACAN, GPS și Radioaltimetrul.

2.2.3. Principii teoretice privind funcționarea GPS-ului

GPS-ul este un sistem de poziționare

BIBLIOGRAFIE

http://www.boatsafe.com/kids/navigation.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#History