Aeb-note de Curs
-
Upload
iuliuscezar59 -
Category
Documents
-
view
267 -
download
4
Transcript of Aeb-note de Curs
Pa
ge1
Pa
ge2
APARATE ELECTRICE DE BORD
Cuprins
Unitate
de
Învatare
TITLUL Pag.
INTRODUCERE
1 PILOTUL AUTOMAT 11
Obiectivele Unitatii de învatare nr.1
1.1. Pilotul automat in o bucla de reglare
1.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
2 GIROCOMPAS 45
Obiectivele Unitatii de învatare nr. 2
Pa
ge3
2.1. Rolul girocompasului
2.2. Tipuri girocompas
Întrebari recapitulative
Bibliografie
3 SONDA ULTRASON 77
Obiectivele Unitatii de învatare nr.3
3.1. Rolul sondei .Tipuri sonde ultrason
3.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
4 LOCH 132
Obiectivele Unitatii de învatare nr.4
4.1. Rolul lochului in navigatie.Tipuri de lochuri
4.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
Pa
ge4
5 SISTEMUL AUTOMAT DE IDENTIFICARE A
NAVELOR - AIS.
169
Obiectivele Unitatii de învatare nr.5
5.1. Rolul AIS in navigatie.Tipuri de AIS
5.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
6 GPS-DGPS 231
Obiectivele Unitatii de învatare nr. 6
6.1. Rolul GPS-DGPS in navigatie.Tipuri de GPS-DGPS
6.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
7 NAVTEX 269
Obiectivele Unitatii de învatare nr. 7
Pa
ge5
7.1. Rolul NAVTEX in navigatie.Tipuri de NAVTEX
7.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
8 EPIRB, Radar Transponder, MOB 335
Obiectivele Unitatii de invatare nr.8
8.1. Rolul EPIRB, Radar Transponder, MOB in
navigatie.Tipuri de EPIRB, Radar Transponder, MOB
8.2. Echipamente
Întrebari recapitulative
Bibliografie
9 Radiogoniometru 367
Obiectivele Unitatii de invatare nr.9
9.1. Rolul Radiogoniometrului in navigatie.Tipuri de
Radiogoniometru
9.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Pa
ge6
Bibliografie
10 Comunicatii SSB, Radiotelefon 403
Obiectivele Unitatii de invatare nr.10
10.1. Rolul Radiotelefonului in navigatie.Tipuri de
Radiotelefon
10.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
11 Comunicatii prin satelit, INMARSAT C
Obiectivele Unitatii de invatare nr.11
11.1. Rolul INMARSAT C in navigatie.Tipuri de
INMARSAT C
11.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
12 Sistemul de alertare a sigurantei navei - SSAS
Pa
ge7
Obiectivele Unitatii de invatare nr.12.
12.1. Rolul SSAS in navigatie.Tipuri de SSAS
12.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
13 Radiofacsimil meteo
Obiectivele Unitatii de invatare nr.13.
13.1. Rolul Radiofacsimilului in navigatie.Tipuri de
Radiofacsimil
13.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
14 Inregistrator de drum - VDR
Obiectivele Unitatii de invatare nr.14.
14.1. Rolul VDR in navigatie.Tipuri de VDR
14.2. Echipamente
Pa
ge8
Intrebari recapitulative
Bibliografie
15 Radar ARPA
Obiectivele Unitatii de invatare nr.15.
15.1. Rolul ARPA in navigatie.Tipuri de ARPA
15.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
16 Produse certificate NMEA 2000
Obiectivele Unitatii de invatare nr.16.
16.1. Rolul NMEA 2000 in navigatie.Tipuri de
NMEA 2000
16.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
Pa
ge9
17 Sistemul GMDSS
Obiectivele Unitatii de invatare nr.17.
17.1. Rolul GMDSS in navigatie.Tipuri de GMDSS
17.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
18 Harti electronice ECDIS, IBS
Obiectivele Unitatii de invatare nr.18.
18.1. Rolul ECDIS, IBS in navigatie.Tipuri de
ECDIS, IBS
18.2. Echipamente
Intrebari recapitulative
Bibliografie
BIBLIOGRAFIE GENERALA
Pa
ge1
0
APARATE ELECTRICE DE BORD
INTRODUCERE
Navele maritime devin pe zi ce trece tot mai sigure datorita fiabilitatii crescute a a
echipamentelor ce o compun. Echipamentele de bord beneficiaza din plin de tehnica IT
fiind compacte si sigure in functionare.
In prezentele note de curs vom incerca sa dezvoltam abilitatea de a folosi cu
usurinta si eficienta aparatele ce se gasesc la bordul navelor, insistand pe
interconexiunea si optimizarea informatiilor culese.
Fara a avea pretentia ca vom trata toate aparatele existente la bordul navelor si
nici cele mai noi tehnologii vom cauta ca studiul acestei materii sa fie de un real folos
studentilor in momentul exercitarii functiilor la bordul navelor.
Amintim cateva din aparatele existente la bordul navelor care sunt de un real
folos procesului de navigatie:
- Pilotul automat,
- Girocompasul,
- Lohul,
- Sonda ultrason,
- IBS,
- AIS,
- INMARSAT C
- GPS/DGPS,
- EPIRB,
- NAVTEX,
- ECDIS,
- VDR,
- Radar ARPA,
- Radiogoniometru,
- SSAS
- Radiofacsimilul,
Trebuie mentionat ca toate aparatele sunt acceptate de forurile competente ce
supravegheaza calitatea, eficienta si utilitatea lor in marina comerciala, militara si de
agrement.
Va doresc ca studiul sa va fie util!
Dr. Ing. Ioan Al. Pescaru
Pa
ge1
1
Unitate de învatare nr.1.
PILOTUL AUTOMAT.
Cuprins
1.1 Pilotul automat regulator a unei bucle de reglare
1.2 Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.1.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul pilotului automat in o bucla de regare a drumului navei;
1.1. Pilotul automat regulator a unei bucle de reglare
Aplicarea ultimelor descoperiri în ghidare, navigatie si control (GNC) ofera
armatorilor sisteme de control al navelor foarte sofisticate si cu o mai mare
functionalitate, siguranta si un numar mai mare de moduri de reglare.
Multumita dezvoltarii sistemelor de navigatie prin satelit la costuri mai scazute, a
unor senzori noi, a tehnologiilor computerizate de comunicatie, a hartilor marine digitale
si a programelor meteorologice disponibile electronic, a devenit posibil designul si
implementarea unei noi generatii multiscop de sisteme de ghidare, navigatie si control
adaptate pe un PC la bordul navei.
Un astfel de sistem include functii automate pentru :
o Pastrarea mersului si pentru manevra de schimbare a cursului navei (pilot
automat conventional);
o Monitorizarea drumului navei folosind hartilor marine digitale si date
meteorologice;
o Generarea instantanee a rutei (replanificarea) si evitarea coliziunilor;
o Sistem de andocare;
Pa
ge1
2
o Pozitionare dinamica (inclusiv pastrarea punctului de stationare);
o Prognoza si controlul optim al vremii;
o Stabilizarea carmei si a derivei;
o Supervizarea si controlul planului de operatiuni.
Functii precum pozitionarea dinamica necesita dotarea navei cu un sistem de
propulsie care sa-i permita controlul simultan în 3 grade de libertate: tangajul, ruliul si
girul.
Deasemenea stabilizatoarele si/sau carma de la pupa navei sunt necesare
pentru amortizarea ruliului. O ambarcatiune conventionala cu elice principala, carma
sau jet de apa poate obtine doar functiile de autopilot si de monitorizare a drumului
navei.
Sistemele autopilot dezvoltate de Sperry si Minorsky erau ambele sisteme de
reper cu o singura intrare si o singura iesire, iar directia navei era masurata de un
girocompas. Astazi acest semnal este transmis intr-un computer in care este instalat un
pilot automat de tip “Proportional-Integrativ-Derivativ”. Astfel, softwere-ul compara
directia dorita de timonier cu directia masurata si calculeaza comanda pentru carma
care este transmisa regulatorului carmei pentru manevra de corectare.
Principala diferenta între pilotul automat clasic si cel modern este marirea
functionalitatii şi adaugarea de noi functii sofisticate precum : • Imperturbabilitatea la valuri ; evita transmiterea anomaliilor cauzate de valuri
catre dispozitivul de comanda ; • Adaptarea la conditiile variabile de mediu, la efectele apelor de adâncime
redusa şi la parametrii dependenti de timp, precum modificari ale masei si ale centrului de gravitatie ;
• Adaptarea la modificarile vântului pentru schimbarea imediata a cursului ;
Pa
ge1
3
• Folosirea unui model dinamic pentru schimbarea de drum, pentru a evita abaterile pentru schimbarile mari de reper. Se definesc astfel trei faze ale unei manevre :
− Accelerarea ; − Atingerea unei rate constante de gir ; − Deaccelerarea spre un gir nul.
S-a dovedit benefica testarea algoritmilor de control folosind stimulatoare, prototipuri si experimente cu nave model. Sistemul Pilotului automat convenţional poate fi configurat să urmeze o rută predefinită folosind poziţia raportată a navei şi unghiul de gir raportat. Traiectoria e constituită folosind un set de puncte viitoare ale navei, generate automat în conformitate cu informaţiile meteorologice (urmărindu-se rezistenţa minimă) sau introduse manual de către timonier. Un sistem de control şi modernizare a punctului navei poate fi văzut ca un sistem ierarhic structurat pe 3 nivele :
o un sistem electronic de dirijare meteorologică care foloseşte variabile : vânt, valuri, curenţi şi date despre sinistre ;
o un sistem de ghidare ce construieşte drumul prin puncte şi traiectorii de referinţă ;
o controlul traiectoriei navei si sisteme de navigaţie. Majoritatea produselor comerciale au funcţii de nivelul 2 şi 3, în timp ce succesul implementării funcţiei de nivelul 1 depinde de acurateţea prognozelor meteo, a
măsurărilor şi a estimării rezistenţei navei. Acesta este în mod curent un domeniu de cercetare activ. Pilotul automat convenţional are un sistem de control cu o singură intrare si o singură ieşire, în sensul că direcţia navei (unghiul de gir) e măsurată de un girocompas şi transmisă pilotului automat de tip “Proporţional-Integrativ-Derivativ”. Acesta compară direcţia dorită cu direcţia măsurată si transmite comanda ce se impune motorului cârmei.
Pa
ge1
4
Astfel este necesar un singur dispozitiv de acţionare (cârma) pentru controlul direcţiei. Poziţionarea dinamică implică controlarea simultană a tangajului, a ruliului şi girului prin trei mijloace sau dispozitive de acţionare. Rezultă astfel un sistem de control cu intrări si ieşiri multiple.
Pentru a menţine poziţia navei la viteză redusă, nava trebuie echipată cu elice de propulsie principală în combinaţie cu propulsarea pe bază de jet. Acestea sunt necesare deoarece stabilizatoarele şi cârma au o eficacitate redusă la viteze mici. Pentru navigaţie este uzuală folosirea GPS-ului diferenţial in combinaţie cu măsurările unghiurilor de gir şi tangaj astfel încât poziţiile GPS pot fi estimate la locaţia antenei GPS şi a centrului de gravitaţie al navei.
Sisteme de control pentru poziţionarea meteorologica optimă, sunt o extensie a sistemelor de poziţionare dinamică clasică. Ele păsrează nava intr-o poziţie constantă în timp ce prova navei este automat rotită până când mediul înconjurător nu mai exercită solicitări în traversul navei şi tangajul este zero. Mai mult decât atât, nava este orientată astfel încât rezultanta forţelor vântului, valurilor şi curenţilor să atace nava frontal (dinspre prova). Aceasta se realizează copiind mişcarea dinamică a unui pendul în câmpul de gravitaţie, unde gravitaţia este considerată ca fiind o forţă necunoscută care mişcă pendulul către poziţia de echilibru. În mod similar, un vas poate fi determinat să se mişte într-un cerc virtual pana când echilibrează forţele din mediul înconjurător.
Comparatie intre buclea de reglare in sistemul clasic si sistemul modern
autoadaptiv in cele doua scheme bloc:
Pa
ge1
5
Ecuatia de functionare a pilotului automat cu raspuns indicial PID va elabora o
marime de comanda compusa din suma actiunilor P, I, D.
Pa
ge1
6
1.2. Echipamente.
Echipamentele prezentate vor fi ale firmelor Kelvin Hughes
lider in Europa si Furuno lider mondial, separate si in
conexiune cu alte echipamente.
Pa
ge1
7
Pa
ge1
8
Pa
ge1
9
Pa
ge2
0
Pa
ge2
1
Pa
ge2
2
Pa
ge2
3
Pa
ge2
4
Pa
ge2
5
Pa
ge2
6
Pa
ge2
7
Pa
ge2
8
Pa
ge2
9
Pa
ge3
0
Pa
ge3
1
Pa
ge3
2
Pa
ge3
3
Pa
ge3
4
Pa
ge3
5
Pa
ge3
6
Pa
ge3
7
Pa
ge3
8
Pa
ge3
9
Pa
ge4
0
Pa
ge4
1
Pa
ge4
2
Pa
ge4
3
Pa
ge4
4
Întrebari recapitulative.
1. Rolul pilotului automat in bucla de de reglare a directiei de deplasare a unei
nave...
2. Parametrii de intrare si iesire a pilotului automat...
3. Interactiunea cu alte aparate de la bordul navei...
Bibliografie Unitate de învatare nr.1
http://www.furunousa.com/ProductDocuments/NAVpilot700_711_720%20Operator%27s%20Manual.pdf http://www.furunousa.com/ProductDocuments/NAVpilot700_711_720%20Installation%20Manual.pdf
Pa
ge4
5
Unitate de învatare nr.2.
GIROCOMPAS.
Cuprins
1.1. Rolul girocompasului
1.2. Tipuri girocompas
1.3. Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.2.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul girocompasului in o bucla de regare a drumului navei;
1.1. Rolul girocompasului
Girocompasul se instaleaza la bordul navelor pentru prelucrarea continua si automata a
indicatiilor de drum si pentru transmiterea lor la toate instalatiile pentru a caror functionare
sunt necesare datele privind drumul navei. Girocompasul este utilizat pentru orientarea navei
fata de polii geografici ai Pamantului.
Girocompasul elimina o serie de neajunsuri introduse de clasicele compase
magnetice,printre care :
o -influenta campului magnetic al navei si vibratiilor asupra indicatiilor
o compasului magnetic.;
o -abaterile datorita anomaliilor campului magnetic terestru;
o -migratia si necoincidenta polilor magnetici cu cei geografici ,in conditiile realizarii
hartilor pe baza coordonatelor polilor geografici.
Clasificarea girocompaselor se face dupa mai multe criterii .
1. Dupa modalitatea trasformarii giroscopului in girocompas, se deosebesc :
o girocompase pendulare (Anschutz,Kurs,Amur,Ghirea,Hidrotehnica);
o girocompase cu vase comunicante atasate giroscopului(Sperry,Brows);
o girocompas electromagnetice.
2. Dupa modul de suspensie a elementului sensibil , se deosebesc :
o girocompas cu suspensie pe inele cardanice(Sperry,Brown);
o girocompas cu suspensie in lichid(Anschutz,Kurs,Amur);
Pa
ge4
6
o girocompas cu suspensie in lichid si cu pivot (Hokushin).
3. Dupa modul de compensare a erorii de balans girocompasele pot fi :
o monogiroscopice
o bigiroscopice.
Instalatia girocompasului naval este formata din mai multe blocuri functionale ,fiecare
dintre ele realizand o anumita functie.
Blocul de alimentare
transforma energia electrica cu
anumiti parametri de la bordul
navei in energie electrica cu alti
parametri, necesara alimentarii
blocurilor functionale ale
girocompasului.
Blocul de alimntare contine
un convertor de frecventa , static
sau rotativ,care permite
alimentarea cu frecventa ridicata a
giromotoarelor din girosfera.De
asemenea mai contine diferite
blocuri redresoare ce dau
tensiunile necesare alimentarii
blocurilor girocompasului.
Elementul sensibil sau girosfera
este elementul principal al
girocompasului si indica pozitia
polilor geografici ai pamantului.
Sistemul de urmarire este
cuplat cu elementul sensibil si
permite urmarirea
vizualizarea si amplificarea
indicatiilor elementului
sensibil.Indicatiile elementului
sensibil preluate de sistemul de
urmarire se pot transmite si la alte puncte, in vederea citirii sau prelucrarii lor.Aceasta se
realizeaza cu ajutorul blocului de transmisie sincrona.
Instalatia de racire asigura eliminarea caldurii rezultate din frecarile in lagare
sau efectului Joule-Lentz al curentului electric. Depasirea temperaturii admisibile este
semnalizata optic si acustic cu ajutorul blocului de semnalizare a temperaturii.
Instalatia de orientare rapida a girocompasului mareste amortizarea oscilatiilor
girosferei in jurul planului meridianului permitand o stabilizare
mai rapida a acesteia.
Blocul corector al erorii de viteza elimina din indicatia girocompasului
eroarea datorata vitezei.La repetitoare si la celelate dispozitive periferice
Pa
ge4
7
indicatia girocompasului nu va fi afectata de eroarea de viteza.
Repetitorul, pilotul automat, inregistratorul de drum , sunt dispozitive independente
care se pot cupla la girocompas, prelucrand informatia data de acesta.
Schema bloc urmareste prezentarea legaturii functionale dintre blocurile componente ala
instalatiei girocompasului.
Elementul sensibil al girocompasului este de fapt un giroscop suspendat ,
realizat cu ajutorul unui electromotor asincron trifazat cu rotorul in scurtcircuit, numit
giromotor.
Ansamblul celor doua giromotoare si a legaturii dintre ele sunt dispuse in
girosfera. Girosfera contine doua giromotoare pentru a elimina influenta
balansului navei asupra indicatiilor girocompasului.
Pa
ge4
8
Pa
ge4
9
Pa
ge5
0
Pa
ge5
1
Pa
ge5
2
Pa
ge5
3
Functionarea girocompasului Producerea Semnalului Echilibrarea orizontala si procedura cautarii nordului mai
sus mentionate, care merg in mod continuu si simultan se regasesc in producerea semnalelor sub forma unghiurilor
Euleriane. Acestea nu sunt unghiuri direct masurabile ci unghiuri insumate rezultate viteza de rotatie. Ele indica
unghiul ce se formeaza intre nava si un plan echilibrat orizontal calculat matematic si alinierea cu nordul.
Din aceasta informatie rezulta ca poate fi determinat unghiul format de o ambarcatiune in raport cu orizontul si cu
nordul geograpic (balans, directie, etc.).
Planul Orientat Spatial Bazele tuturor compasurilor non-magnetice este realizarea unui plan, care este pozitionat in
permanenta in spatiu. Principiul cautarii nordului este de a obtine semnale din rotatia pamantului raportat la acest
plan care poate fi folosit pentru a aduce planul intr-o pozitie orizontala si o linie de referinta pe plan fixat in raport
Pa
ge5
4
cu pamantul cu nordul geografic. Norma senzorului de intoarcere este ceruta pentru masurarea vitezei de rotatie a
pamantului, si nivelele senzoriale sunt necesare pentru pozitionarea la orizontala.
La girocompasul fibro-optic, planul orientat spatial nu este definit mecanic. Singurul plan existent este planul fix al
navei pe care este montat girocompasul (tehnologia STRAPDOWN). Pentru ca de la un anumit moment in timp
valorile unghiului ascutit din fata, pe care planul fixa al nava le face cu cele trei axe (x, y, z) sunt masurate si
unghiurile de rotatie insumate,se creaza un plan virtual a caruipoziti raportata la punctul de plecare este stocat ca
matrita directionala in evolutia computerului.
Panul virtual la este orientat spatial si nu exista in nici un fel de forma mecanica. Cunoscute si prezente in mod
continuu sunt doar unghiurile Eulerian in jurul carora planul fix al navei trebuie sa fie rasucit pentru a ajunge la
planul virtual.
Echilibrarea Orizontala Pentru a permite girocompasului fibro-optic sa caute nordul, planul intial orientat spatial
trebuie totodata sa fie echilibrat orizontal. Pentru ca un sensor de echilibru nu poate fi montat pe plan, acest lucru nu
este in mod direct posibil.
Oricum, semnalele primite de la un sensor de echilibru atasat pe planul fix al navei sunt cunoscute (cand semnalele
silentioase si orizontale sunt zero). Cu ajutorul unghiurilor Eulerian aceste semnale pot fi transformate matematic la
planul orientat spatial. Acesta rezulta in aceleasi semnale ca atunci cand este masurat direct. Cu ajutorul acestor
semnale transformate, unghiurile Eulerian sunt modificate pentru a echilibra orizonal planul orientat spatial.
Functia Cautarii Nordului Aici, odata cu girocompasul, se rasuceste si planul initial orientat spatial in raport cu
pamantul. Acesta nu este o rasucire mecanica, dar este exprimata prin intr-o schimbare a unghiului Eulerian in
cadrul matricii directionale.
Directia nordica a planului orientat spatial se ridica sau coboara atat timp cat planul nu este echilibrat cu nordul.
Aceste miscari in sus si in jos sunt inregistrate de nivelul de transformare al senzorului de semnal. Deviatia rezultata
in raport cu orizontala este folosita pentru a schimba unghiul Eulerian si planul virtual este aliniat cu nordul.
Efectul Sagnac Efectul Sagnac este un fenomen fizic relativ cu o intelegere fizica bazandu-se pe relativitate. De
exemplu un inel din fibra optica. Fibra Optica dupa cum stim este un bun vector de propagare a luminii. Acest inel
are normal 2 iesiri si doua capete ale fibrei. Daca introducem un puls luminos in unul din capete va iesi dupa o
perioada de timp atat cat ii trebuie luminii sa iasa iar daca vom introduce simultan doua pulsuri la ambele capete vor
calatori in directii diferite si se vor intalni la mijloc, vor trece unul pe langa altul. Normal ca durata celor doua
pulsuri va fi egala astfel ca lumina va iesi simultan. Daca acum ne imaginam ca inel se roteste in jurul axei sale,
miscarea va ajuta un puls si-l va tine in spate pe celalalt. Se va vedea ca pulsurile vor parasi inelul la momente
diferite si asa vom putea deduce viteza de rotatie.
Acest concept a fost testat si redefinit printr-un dispozitiv de cercetare. Initial, au fost folosite oglinzile pentru a
redirectiona lumina dar acestea nu erau capabile de a oferi satisfactia dorita asa ca ele au fost introduse intr-un
vacuum. Semnalul produs de numarul mare de componenete optoelectronice este convertit intr-un semnal digital ce
poate fi folosit cu ajutorul calculatorului. In practica, giroscopul cu fibra optica devine mai mare si din ce in ce mai
bun, un fapt ce poate fi usor inteles datorita faptului ca lungimea spirelor optice cresc: la orice viteza de rotatie
lungimea mai mare face mai usor separarea celor doua pulsuri luminoase descrise anterior. Performantele acestui
Pa
ge5
5
aparat pot fi evaluate dupa mai multi
parametrii, cel mai important fiind
stabilitatea, ceea ce inseamna stabilitatea
in jurul punctului 0, sau acuratetea
intrinseca a masurarilor miscarilor de
rotatie. E mai usor sa se exprime
stabilitatea in grade pe ora(deg/h) (1
miscare de revolutie intr-o zi, 360˚/24h,
insemnand 15˚ pe ora). In practica,
pentru a masura stabilitatea aparatului,
trebuie masurata rata de miscare a
Terrei. de exemplu, la latitudinea
Parisului, Franta(48,57˚), un aparat
trebuie sa masoare 11.33deg/h.
Unitati de masura inertiale De
fapt, un singur aparat masoara proiectia
rotatiei instanatanee
de-a lungul axei principale ale spirei, si de aceea sunt necesare 3 astfel de aparate sa masoare acest vector. Aceasta treime de girometre de obicei contine si 3 accelerometre. Un accelerometru in primul rand masoara acceleratia instantanee de-alungul unei axe, iar in al doilea rand, aparitia unei gravitatii locale, deci de-a lungul unei axe verticale. Ansamblul compact format din cele trei girometre este numit si Unitate de Masura Inertiala si formeaza si formeaza ``inima`` oricarui sistem de referinta inertial. Cand o unitate de acest fel este cuplata la un calculator rezulta un sistem de referinta inertial. Oii sunt sisteme inertiale de referinta capabili sa ofere informatii completedesore atitudinea fizica sa mobilului.
Pa
ge5
6
Pa
ge5
7
Pa
ge5
8
Pa
ge5
9
Pa
ge6
0
Pa
ge6
1
Pa
ge6
2
Pa
ge6
3
Pa
ge6
4
Pa
ge6
5
Pa
ge6
6
Pa
ge6
7
Pa
ge6
8
Pa
ge6
9
Pa
ge7
0
Pa
ge7
1
Pa
ge7
2
Pa
ge7
3
Pa
ge7
4
Pa
ge7
5
Pa
ge7
6
Întrebari recapitulative.
1. Rolul girocompasului in mentinerea a directiei de deplasare a unei nave...
2. Giromotorul, sfera de urmarire
3. Girocompasul cu fibra optica...
4. Compasul magnetic...
5. Interactiunea cu alte aparate de la bordul navei...
Bibliografie Unitate de învatare nr.2
http://www.metalock.com.br/arquivos/pdf/pdf_1318272196.pdf
http://www.metalock.com.br/arquivos/pdf/pdf_1317156726.pdf
Pa
ge7
7
Unitate de învatare nr.3.
Sonda ultrason
Cuprins
1.1. Rolul sondei .Tipuri sonde ultrason
1.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.3.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul sondei ultrason la bordul navelor;
1.1. Rolul sondei ultrason
Generalitati Sonda ultrason este un sistem de instrumentatie folosit la determinarea
indirecta a adancimii oceanului. Ultrasunetele se bazeaza pe principiul ca apa este un
mediu excelent pentru transmiterea undelor acustice si acela ca un puls va lovi un strat
de reflexie si se va intoarce la sursa lui ca un ecou. Intervalul de timp dintre trimiterea
pulsului si a intoarcerii ecoului se poate folosi la dereterminarea adancimii oceanului.
Un sistem ultrason este compus dintr-un transmitator , o sursa care primeste ecoul
reflectat , un echimpament de amplificare , si un indicator sau un memorator grafic.
Prima brevetare a unei sonde ultrason a fost acordata in 1907. Fathometrul , o marca
inregistrata adesea aplicata liber tuturor echipamentelor de masurare a adancimilor , a
fost inventat in anul 1914 ca urmare ca cercetarilor inginerului Canadian R.A.
Fessenden in aplicatia principiilor ultrasunetelor in detectarea iceberg-urilor. Folosirea
principiilor ultrasunetelor pentru detectarea submarinelor in timpul celui de al 2-lea
razboi mondial a rezultat la dezvoltarea echipamentelor pentru masurarea adancimilor
oceanelor prin ultrasunete. In 1954 a fost dezvoltata o sonda ultrason foarte avansata si
foarte precisa , numindu-se inregistrator de adancimi precis( PDR ). Pe la inceputurile
anilor 1960 marina Americana a folosit noua tehnica SASS ( Sonar Array Survey
Pa
ge7
8
System ). Administratia Nationala a oceanelor si a atmosferei a folosit recent o versiune
neclasificata a sistemului denumita Seam Beam , aceasta tehnologie este folosita acum
ca norma pentru crerea hartilor fundului oceanului. M-ai putem numi si sistemul
SeaMarc care are o arie mare de acoperire. Recent sonda ultrason a fost montata si pe
ambarcatiunile de pescuit pentru a detecta bancurile de pesti.
Sonda ultrason este un aparat de navigatie cu largi utilizari la bordul navei. Cele mai
cunoscute functii ale sondei ultrason sunt:
• Masurarea adancimii apei sub chila navei;
• Trasarea hartilor batimetrice si detectarea obstacolelor submarine;
• Descoperirea, localizarea si urmarirea obiectelor submarine sau a
bancurilor de pesti;
Sonda ultrason se poate cupla ca
dispozitiv periferic la sistemul de
conducere automata a navei. Acest
sistem-centrala poate contine un
calculator analogic sau numeric.
Semnalul dat de sonda ultrason este
prelucrat pe baza unui program
dinainte stabilit. Dupa tipul
traductorului folosit atat pentru
emisia cat si pentru receptia
ultrasunetelor, se deosebesc:
• Sonda ultrason cu traductor piezoelectric;
• Sonda ultrason cu traductormagnetostrictiv;
Dupa modul de prelucrare si de afisare a informatiei deosebim sonde ultrason
analogice si sonde ultrason numerice.
Propagarea undelor ultrasonore in mediul acvatic. Ultrasunetele au frecventa
mai mare de 20 000 Hz. Avand o lungime de unda mica, ultrasunetele pot fi emise si se
propaga sub forma de fascicule, spre deosebire de sunete care se imprastie in toate
directiile. In afara de aceasta, fenomenul de difractie (ocolire obstacolelor) la
ultrasunete, apare numai pentru obstacole de dimensiuni foarte mici.
Pa
ge7
9
Energia transportata de ultrasunete este mult mai mare decat energia sunetelor de
aceeasi amplitudine, deoarece intensitatea undei este proportionala cu patratul
frecventei [11], asa cum reiese din relatia
I= 2π2ρA2F2V,
in care : - I = intensitatea undei ultrasonore;
- A = amplitudinea;
- f = frecventa ce caracterizeaza unda ultrasonora;
- p = densitatea mediului de propagare;
- V = viteza de propagare prin mediul respective.
Totodata, la ultrasunete fenomenul de absorbtie este mult mai puternic decat la
undele sonore.
Intensitatea undei scade cu distanta fata de sursa dupa o lege exponentiala data de
relatia:
I=I0e-kr
in care : - I – intensitatea undei ultrasonore la o distanta r fata de sursa;
- I0 – intensitatea undei la nivelul sursei;
- k – coeficientul de absorbtie care depinde atat de caracteristicile mediului
(densitate, viscozitate, temperatura, salinitate etc.) cat si de frecventa undei
care se propaga.
Aceasta dependenta este data de relatia:
k=16n2f2 / 3ρv2
in care:- n – coeficientul de frecare interioara;
- ρ – densitatea apei de mare;
- v – viteza de propagare;
- f – frecventa undei ultrason.
In aer un fascicul de ultrasunete cu frecventa de 30 000 Hz, este practic absorbit
complet la o distanta de 0,6 cm. In lichide coeficientul de absorbtie este de 2-3 ori mai
mic decat in aer, iar in solide si mai mic.
Viteza de propagare a ultrasunetelor in apa este data de relatia:
V=γ/Kiρ
Pa
ge8
0
in care: - γ – este raportul dintre caldura specifica la presiune constanta si caldura
specifica la volum constant;
- Ki – coeficientul volumic de compresiune;
- ρ – densitatea apei;
Cu aproximatie se poate considera valoarea lui Ki egala cu unitatea, in intreg
domeniul de temperatura si presiune.
Viteza de propagare a ultrasunetelor depinde de temperatura, salinitate si de
presiunea stratului de apa.
Experimental s-au dedus relatiile de legatura intre viteza de propagare si factorii ce o
influenteaza:
∆Vt=V0 0,0023 t
in care: - ∆Vt – este variatia vitezei in functie de temperatura in m/s;
- V0 = 1450 m/s
- t – temperatura apei in grade celsius.
∆Vσ=V0 0,00123 σ [m/s]
in care: - V0 = 1450 m/s;
- σ – salinitatea apei in %;
- ∆Vσ – variatia vitezei in functie de salinitate.
Din aceasta relatie rezulta o variatie a vitezei de propagare cu 1,8 m/s pentru o
modificare de 1% a salinitatii apei de mare. Presiunea apei se schimba proportional cu
adancimea si se modifica astfel coeficientul de compresiune si densitatea mediului, deci
si viteza de propagare a ultrasunetelor.
∆Vρ=V0 0,00022 p
in care: - ∆Vρ – variatia vitezei de propagare datorita presiunii;
- V0 = 1450 m/s;
- p – presiunea hidrostatica.
La o crestere a presiunii cu 98,1 N/cm2, corespunzator la 100 m adancime, viteza
undei creste cu 3,3 m/s. Se observa ca variatia vitezei de propagare datorita variatiei
temperaturii se compenseaza cu variatia datorita modificarii presiunii (temperatura
scade, iar presiunea creste cu adancimea).
Pa
ge8
1
Rezulta deci, ca factorul cel mai important in schimbarea vitezei ultrasunetelor este
salinitatea apei, si cum salinitatea determina densitatea apei, rezulta:
∆Vσ = 0,004 σ
Din cele expuse, rezulta ca la masurarea adancimilor cu ajutorul ultrasunetelor este
necesara o corectie a indicatiilor sondei ultrason.
Producerea si receptionarea ultrasune telor
Traductoarele utilizate la sondele ultrason pentru
producerea si pentru receptionarea ultrasunetelor sunt
realizate pe baza fenomenului magnetostrictiv sau a
fenomenului piezoelectric.
Traductorul piezoelectric de ultrasunete. Dupa
cum se stie, unele cristale naturale sau artificiale
(cuartul, sarea Seignette, praful de amoniac etc.), au proprietati piezoelectrice. Daca
unor placute facute din aceste materiale li se aplica forte de deformare mecanica, pe
fetele opuse ale cristalului apar sarcini electrice de semne contrarii, si deci o tensiune
electrica. Invers, daca cristalului i se aplica o tensiune electrica, atunci pe fetele opuse
apar forte mecanice care duc la deformarea cristalului. Sistemul electromecanic,
construit dintr-o placa piezoelectrica, electrozi de legatura si suport se poate utiliza ca
rezonator piezoelectric.
La alimentarea rezonatorului piezoelectric cu o tensiune de o anumita frecventa,
placa piezoelectrica se va deforma cu o frecventa data de frecventa tensiunii de
alimentare. In contact cu apa , placa piezoelectrica oscileaza cu o frecventa in domeniul
ultrasunetelor.
Frecventa proprie de oscilatie a placii piezoelectrice este data de relatia:
f = (n/2l)(E/ρ)1/2
in care: - l – lungimea placii piezoelectrice;
- E – modulul de elasticitate:
- ρ – densitatea materialului;
- n = 1,2,3... corespunzator fundamentalei sau armonicilor superioare.
Pa
ge8
2
Un rezonator piezoelectric poate fi reprezentat printr-o schema echivalenta.
Frecventa de rezonanta serie a circuitului este data de relatia:
fs = (1/2π)/(L1 C1)1/2
iar frecventa de rezonanta derivatie:
fd = 1/ 2π [L1(C1C0/C1+C0)]1/2
si deoarece C1/C0<<1 , rezulta fs si fd de valori apropiate;
(fd-fs)/fs2 = C1/C0
Inductanta L1 variaza intre 0,1 si 100 H, capacitatea C1 intre zecimi si zeci de
picofarazi, iar rezistenta Re este de ordinul sutelor de ohmi.
Parametrii electrici echivalenti ai rezonatorului miezoelectric pot fi modificati daca in
serie sau in paralel cu el se conecteaza o inductanta sau un condensator.
Eficacitatea maxima a rezonatorului se obtine la egalitatea frecventelor de rezonanta
si de oscilatie proprie. In cazul functionarii rezonatorului piezoelectric ca receptor,
deformatiile placutei datorate undelor ultrasonore reflectate, se traduc prin semnale
electrice ce apar la electrozii rezonatorului. Dificultatea construirii unor traductoare de
ultrasunete piezoelectrice consta in realizarea unor placi piezoelectrice de dimensiuni
mari si cu rezistenta mecanica mare.
Traductoare magnetostrictive de ultrasunete. Functionarea acestor traductoare
se bazeaza pe fenomenul de magnetostrictiune. Acest fenomen consta in modificarea
dimensiunilor unei bare de material feromagnetic, plasata intr-un camp magnetic
constant sau variabil, paralel cu lungimea barei.
Efectul magnetostrictiv depinde de temperatura si anume: deformatia relativa scade
cu cresterea temperaturii, anulandu-se la o anumita temperatura caracteristica fiecarui
material. De asemenea, magnetostrictiunea depinde de natura materialului
feromagnetic din care este confectionata bara (nichel, fier, cobalt, aliaje feromagnetice).
Daca bara nu are magnetism remanent, frecventa vibratiilor este dublul frecventei
curentului electric care creaza campul magnetic si nu depinde de orientarea campului
magnetic.
Deformatia barei este data de relatia
d = KB12cos2
ωt = (KB12/2)(1+cos2ωt)
in care: - d – deformatia barei;
Pa
ge8
3
- K – coeficientul de proportionalitate;
- B1 – inductia campului magnetic;
- ω – pulsatia campului magnetic.
Se observa aparitia termenului de frecventa dubla (KB12/2) cos2ωt.
La functionarea ca receptor, bara magnetostrictiva este pusa in contact cu apa si
actiunea de deformare datorata ultrasunetelor receptionate se traduce intr-un curent
electric variabil.
Principiul de functionare al sondei ultrason Functionarea sondei ultrason consta in
masurarea intervalului de timp de la plecarea impulsului ultrasonor de la traductorul
emitator 7, pana la receptionarea lui dupa reflectarea de fundul apei de catre traductorul
receptor 8. Adancimea masurata se determina cu relatia:
H = Vt/2
in care: - H – este adancimea masurata;
- V – viteza ultrasunetului in apa;
- t – timpul de parcurgere de catre impulsul ultrasonic a distantei: traductor
emitator – fundul apei – traductor receptor.
Datorita factorilor de care depinde viteza ultrasunetelor in apa trebuie introduse
anumite corectii.
Adancimea corecta este data de relatia:
Hc = αH
in care: - H – adancimea calculata cu realtia H = Vt/2;
- Hc – adancimea corecta;
- α – coeficientul de corectie.
Viteza de propagare a ultrasunetelor la diferite temperaturi si salinitati se poate
calcula cu relatia:
V’ = 1445,5 + 4,62t – 0,0425t2 + (1,32 – 0,007t)σ
Pentru distantele intre cele doua traductoare mai mari de 0,5 m, in calculul adancimii
trebuie tinut cont si de distanta dintre traductoare. Adancimea reala este data de relatia:
Hr = [Hc2 – (L/2)2]1/2
in care: - Hr – adancimea reala;
- Hc – adancimea corectata data de relatia Hc = αН;
Pa
ge8
4
- L – distanta dintre traductoare.
Oscilatorul 5, cu frecventa de lucru in domeniul ultrasunetelor alimenteaza
traductorul emitator 7. Blocul traductor emite un fascicul ultrasonor de frecventa egala
cu frecventa impulsurilor de alimentare, pe o directie perpendiculara pe suprafata de
lucru a membranei traductorului.
Impulsul ecou reflectat de obiectele din apa sau de fundul apei este receptionat si
transformat ion semnale electrice cu aceeasi frecventa. Impulsurile electrice rezultate la
traductorul receptor sunt filtrate si amplificate in blocul amplificator 6. Intervalul de timp
masurat de la emiterea impulsului ultrasonor si pana la receptionarea lui dupa reflectare
reprezinta analogic adancimea de masurat.
Schemele de sonde ultrason difera in principal dupa modul de convertire a
intervalului de timp in adancime masurata. Cel mai frecvent, intervalul de timp este
desfasurat mecanic cu ajutorul unui indicator optic si al unui inregistrator cu penita.
Inregistratorul si indicatorul cu lampa cu neon sunt in principiu identice, deosebirile apar
in modul de indicare a adancimii masurate. Ca element desfasurator inregistratorul
foloseste o banda de actionare, iar indicatorul cu lampa cu neon, o placa rotativa
cuplata mecanic cu un electromotor.
Intervalul de timp corespunzator adancimii masurate, este determinat de marimea
deplasarii elementului desfasurator din momentul emiterii pana in momentul
receptionarii impulsului ultrasonor.
Momentul emiterii impulsului corespunde unei anumite pozitii a penitei
inregistratorului, actionate de banda de actionare si unei anumite pozitii a lampii cu
neon montata pe placa indicatorului. Adancimea masurata la inregistrator corespunde
distantei parcurse de penita si este inregistrata sub forma unei linii ce prefigureaza
relieful fundului.
Inregistrarea se realizeaza in coordonate rectangulare prin compunerea miscarii
penitei inregistratoare cu deplasarea hartiei. Deplasarea hartiei se face cu viteze
constante corespunzatoare diferitelor baze de timp proportionale cu viteza navei.
Deplasarea penitei este proportionala cu adancimea masurata.La indicator, adancimea
masurata corespunde unghiului de rotire a placii rotative fata de pozitia de zero si este
indiv\cata pe scara rotativa a adancimilor prin aprinderea lampii cu neon.
Pa
ge8
5
Indicatorul numeric de adancime 4 converteste intervalul de timp, intr-un numar
proportional de impulsuri. Impulsurile de o frecventa constanta sunt numarate,
codificate si cifrele de cod sunt afisate cu ajutorul dispozitivelor electronice de afisare.
Schema mai are posibilitatea semnalizarii trecerii printr-o zona de adancime
periculoasa. Astfel se stabileste o adancime limita si trecerea prin aceasta adancime
este semnalizata optic si acustic.
Pa
ge8
6
Pa
ge8
7
Pa
ge8
8
Pa
ge8
9
Pa
ge9
0
Pa
ge9
1
Pa
ge9
2
Pa
ge9
3
Pa
ge9
4
Pa
ge9
5
Pa
ge9
6
Pa
ge9
7
Pa
ge9
8
Pa
ge9
9
Pa
ge1
00
Pa
ge1
01
Pa
ge1
02
Pa
ge1
03
Pa
ge1
04
Pa
ge1
05
Pa
ge1
06
Pa
ge1
07
Pa
ge1
08
Pa
ge1
09
Pa
ge1
10
Pa
ge1
11
Pa
ge1
12
Pa
ge1
13
Pa
ge1
14
Pa
ge1
15
Pa
ge1
16
Pa
ge1
17
Pa
ge1
18
Pa
ge1
19
Pa
ge1
20
Pa
ge1
21
Pa
ge1
22
Pa
ge1
23
Pa
ge1
24
Pa
ge1
25
Pa
ge1
26
Pa
ge1
27
Pa
ge1
28
Pa
ge1
29
Pa
ge1
30
Pa
ge1
31
Întrebari recapitulative.
1. Rolul sondei ultrason la bordul navei...
2. Tipuri constructive de sonde ultrason...
3. Frecvente de functionare a sondelor ultrason...
4. Interactiunea sondei cu alte aparate de la bordul navei...
Bibliografie Unitate de învatare nr.3
http://www.furunousa.com/forms/advancedsearch.aspx?keyword=sonar
http://www.furunousa.com/ProductDocuments/CH37%20Installation%20Manual%20E4
%20%2011-21-11.pdf
http://www.nauticalcharts.noaa.gov/mcd/learnnc_surveytechniques.html
Pa
ge1
32
Unitate de învatare nr.4.
Loch - Speed Log
Cuprins
4.1. Rolul lochului in navigatie.Tipuri de lochuri
4.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.4.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul lochului la bordul navelor;
4.1. Rolul lochului in navigatie.Tipuri de lochuri
Lochurile devin tot mai performante datorita tehicilor IT. Lochurile hidrodinamice
care au greutati mari si cu dificultati in exploatare datorita componentelor mecanice sunt
inlocuite de lochul electromagnetic si lochul Doppler
Loch-ul NAVIKNOT 400 este un system compact, controlat de un microprocessor,
care determinca viteza navei si distanta parcursa prin apa. Sistemul de baza consta in
unitatea de afisare si control, unitatea electronica Doppler si traductorul Doppler.
Sistemul utilizeaza principiul Doppler pentru a determina viteza navei in raport cu
apa de-a lungul axei longitudinale. Semnalele sunt pulsuri sonore de inalta frecventa si
sunt transmise de la un traductor montat intr-un orificiu in chila. Traductorul contine doua
ferestre de transmitere/primire, care transmit si primesc semnale din prova si de la pupa.
Unitatea electronica Doppler genereaza pulsuri de transmitere si detecteaza ecoul
returnat prin apa in timpul dintre transmisii.
Unitatea de afisare si control NAVIKNOT 400 primeste date in format digital despre
viteza de la unitatea electronica si afiseaza viteza navei prin apa corespunzatoare.
Unitatea mai calculeaza distanta parcursa din datele despre viteza si retine totalul .
Unitatea de afisare si control permite calibrarea fina a datelor despre viteza prin-
Pa
ge1
33
un tabel de calibrare care poate tine pana la 20 de valori de calibrare pe sonzor. Viteza in
serie si distanta sunt date la doua NMEA si trei RS 422. Formatul datelor de iesire RS
422 poate fi configurat pentru a fi compatibil cu echipamentul de primire.
Un semnal analog este asigurat, un semnal de tensiune unificat (0 - 10V), ori un
semnal de current (0 – 20A). Factorul analog de iesire si deplasarea zero sunt liber
setabile. Distanta parcursa este asigurata in format de 200 pulsuri/nm la patru contacte
de inchidere si in format de 20 000 pulsuri/nm la un transistor in montaj colector
Un colector de iesire additional poate fi configurat sa asigure ori un semnal status
“log available” ori un semnal de iesire de 100 pulsuri/nm.
Ca optiune, un senzor de viteza EM (electromagnetic) cu preamplificare poate fi
instalat ca senzor secundar. Senzorul EM genereaza un camp magnetic in jurul sau cand
un current AC este aplicat un miezul de excitare. Miscarea navei prin apa creeaza un
camp electric perpendicular cu campul magnetic si cu miscarea navei. Semnalul rezultat
este preluat de senzorii electrozilor si predate la preamplificator.
NAVIKNOT 400 – Loch Doppler cu o singura axa
Pa
ge1
34
Pa
ge1
35
Unitatea electronica Doppler
Latime……………………………….378 mm
Inaltime……………………………...292 mm
Andancime………………………….216 mm
Greutate…………………………….9,7 Kg
Senzor EM preamplificator (optional)
Latime……………………………….239 mm
Inaltime……………………………...285 mm
Adancime……………………………83 mm
Greutate……………………………..3.0 Kg
Daca o unitate de afisaj si control de la distanta(telecomanda) este instalata, functia
de control primar este transferata intre primar si telecomanda printr-un switch extern.
Semnalul este ori asigurat de un selector primar de control la respectiva locatie a unitatii,
ori de o facilitate externa ca de exemplu un sistem de preluare care transfera controlul
intre diferite locatii.
Pentru a porni NAVIKNOT 400, se conecteaza la panoul de sigurante al navei.
Sistemul executa o secventa de pornire si devine operational dupa aprox 30s.
Pa
ge1
36
Cand NAVIKNOT 400 detecteaza o eroare in timpul operatiilor sau la pornire,
indicatorul FAILURE se aprinde si se aude o alarma. Indicatii aditionale de pe afisaj vor
permite localizarea cauzei erorii aparute.
Alarma de adancime indica faptul ca semnalul de status al alarmei de andancime
este citit eronat sau ca adancimea apei este sub valoarea de alarma setata de operator.
Daca o eroare EEPROM s-a produs, sistemul poate fi adus inapoi in operare doar
prin dezactivarea si activarea EEPROM-ului.
Daca o eroare fatala s-a produs sau se crede ca sistemul nu opereaza correct, ar
trebui sa se incerce sa se adcua sistemul inapoi la operare normal. Revenirea dupa erori
fatale nu este posibila fara restartarea sistemului. Cand o eroare fatala s-a produs,
operatiile normale pot doar sa fie puse pe pauza prin initierea unui reset de sistem sau
prin oprirea curentului si pornirea lui pentru a restarta sistemul.
Unitatea electronica este livrata pre-cablata pentru conectarea la 230VAC. Daca
unitatea este ceruta sa opereze la 115VAC, firele care se conecteaza la prima spira a
transformatorului T1 trebuie sa fie recablate inauntrul subansamblului unitatii A5
1. Configurarea Sistemului
NAVIKNOT 400 este configurat prin meniuri protejate de cod care pot fi accesate in
orice moment de la modul normal de operare.
Pa
ge1
37
ATENTIE: Orice schimbari facute la setarile de configurare ale sistemului intr-un
meniu de setare de service vor avea efect imediat. Consecvent o alarma FAILURE
poate sa apara si functionarea sistemului poate sa fie intrerupta cand setarile alese nu
se potrivesc cu instalarea.
Inainte instalarii sau schimbarii unui senzor de viteza, valoarea senzitivitatii
senzorului trebuie sa fie memorate in unitatea de afisare si control NAViKNOT 400
Pa
ge1
38
Senzitivitatea senzorului este un castig global aplicat la datele de viteza primite de la
unitatea electronica Doppler sau de la preamplificatorul EM. Raportul datelor neprelucrate
impotriva datelor prelucrate de senzor este scalata liniar in concordanta cu valoarea
senzitivitatii, punctual de zero al senzorului nu va fi deviat prin alterarea senzitivitatii cum
este aratat mai jos :
Cand un vas este pe doc uscat , operatiunile de intretinere ar trebui sa fie facute
pentru a curate si preveni daunele la traductor si sa se asigure ca traductorul poate fi
inlocuit cu usurinta pe mare.
Pa
ge1
39
Ansamblul traductorului penetreaza chila in asa fel incat fata sa este la nivel cu
exteriorul chilei. Fata consta intr-o lentila din polistiren clar. Sablarea acestei fete sau
vopsirea ei duce la distrugerea lentilei sau la schimbarea caracteristicilor de operare, si
integritatea sistemului este pierduta. Daca se intampla una ca asta, traductorul trebuie sa
fie inlocuit. Pentru a preveni inlocuirea traductorului, el ar trebui sa fie intotdeauna protejat
de avarii cum este descries cand nava este pe doc uscat.
Inainte ca unitatea de afisare si unitatea de control sa poata fi inlocuite din locul lor, sau
din
co
ns
ola
,
tre
bui
e
sa
fim sigur ca toate informatiile stocate in EPROM in timpul configurarii sistemului sunt
disponibile pentru a fi reintroduse in unitatile de schimb. Daca aceste informatii nu au fost
inregistrate, trebuie sa fie preluate de la unitatile vechi de afisare si control(daca sunt inca
in operare). Daca unitatea veche nu mai este in operare, este posibil sa demontam
EEPROM-ul vechi, care contine aceleasi date ca EPROM-ul din vechea unitate si sa il
instalam in unitatea de schimb.
Unitatea electronica este formata din cinci ansambluri demontabile. Demontarea
ansamblurilor este simpla.
In timpul instalarii, cand ansamblul A1 al transmitatorului RF a fost schimbat,
canalele de transmitere a puterii din prova si pupa trebuie ajustate.
Ajustamentele trebuie facute cu rezistoare de incarcare de proba conectate in loc de
traductor. Daca un al doilea canal pentru osciloscop este disponibil, metodele “semnal
invers” si “adaugare semnal” ar trebui sa fie folosite pentru a masura semnalul de
transmitere echilibrat diferential.
Pa
ge1
40
In timpul instalarii, cand sursa de putere DC din ansamblul A3 a fost schimbata,
tensiunea de iesire +5VDC ar trebui ajustat.
Procesorul PCB/unitatea Doppler
din ansamblul A2 are montat pe el
intrerupatorul S1, care permite
modificarea datelor despre viteza
transmisei la unitatea de afisare si
control cu maxim +/- 10%. S1-1 seteaza
semnul sarcinii, pe cand setarile
combinate de la S1-2 la S1-6 determina
totalul de sarcina aplicata.
Modificarea datelor despre viteza
folosind intrerupatorul de ajustare, este
echivalent cu introducerea unui factor
liniar de castig, folosind setarea
senzitivitatii senzorului. Este
recomandat ca intrerupatoarele de la
S1-1 la S1-6 sa fie puse pe pozitia
CLOSED, correspondent cu o modificare
de 0%, si sa se foloseasca setarile de
senzitivitate ale senzorului pentru a
obtine cresterea liniara ceruta.
. Un aparat performant de ultima
ora este NAVIKNOT 600 care are
senzori electromagnetic, Doppler si
satelit care ii va da o precizie deosebita.
Pa
ge1
41
Pa
ge1
42
Pa
ge1
43
Pa
ge1
44
Pa
ge1
45
Pa
ge1
46
Pa
ge1
47
Pa
ge1
48
Pa
ge1
49
Pa
ge1
50
Pa
ge1
51
Pa
ge1
52
Pa
ge1
53
Pa
ge1
54
Pa
ge1
55
Pa
ge1
56
Pa
ge1
57
Pa
ge1
58
Pa
ge1
59
Pa
ge1
60
Pa
ge1
61
Pa
ge1
62
Pa
ge1
63
Pa
ge1
64
Pa
ge1
65
Pa
ge1
66
Pa
ge1
67
Întrebari recapitulative.
1. Rolul lochului – speed log - la bordul navei...
2. Tipuri constructive de lochuri...
3. Frecvente de functionare a lochurilor...
4. Interactiunea lochului cu alte aparate de la bordul navei...
Pa
ge1
68
Bibliografie Unitate de învatare nr.4
http://www.kadlec-broedlin.de/DEBEG_4124.pdf
http://www.sperrymarine.com/sites/default/files/downloads/1390807506/product%20brochure.pdf
http://www.furunousa.com/ProductDocuments/DS80%20Operator%27s%20Manual%20M1%20%
202-12-03.pdf
http://www.sperrymarine.com/brochure-downloads
��������
Unitate de învatare nr.5.
AIS - AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM.
Cuprins
5.1. AIS in navigatie
5.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.5.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul AIS in navigatie;
5.1. AIS in navigatie
5.2. Echipamente
������
�������
�������
�������
����� �
�������
�������
������
�������
�������
�������
��������
��������
��������
������ �
��������
��������
�������
��������
��������
�������
��������
��������
��������
������ �
��������
��������
�������
��������
��������
������
�������
�������
�������
����� �
�������
�������
������
�������
�������
�������
��������
��������
��������
������ �
��������
��������
�������
��������
��������
�������
��������
��������
��������
������ �
��������
��������
�������
��������
��������
�������
Pa
ge2
31
Unitate de învatare nr.6.
GPS, DGPS
Cuprins
6.1. GPS, DGPS in navigatie
6.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de învatare nr.1.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul GPS, DGPS in navigatie;
6.1. GPS, DGPS in navigatie
6.2. Echipamente
Cum func ţioneaz ă sistemul GPS?
Sistemul GPS este o constelaţie de 27 de sateliţi cu orbite la o altitudine de aproximativ 20.000 de kilometrii,24 operationali si 3 rezerve pregătite pentru a fi pornite în orice moment în care unul dintre ceilalţi cedează.Orbitele sunt aşezate astfel încât din orice punct al planetei poţi "vedea" cel puţin 4 de sateliţi operaţionali.
Fiecare satelit trimite un semnal electromagnetic - un fascicul de microunde - care transmite informaţii către orice dispozitiv de receptare a semnalului. Deci, în orice moment, un dispozitiv de receptare GPS primeşte semnal de la patru sateliţi. Computerul încorporat foloseşte aceste
semnale pentru a identifica distanţa exactă faţă de fiecare dintre cei patru sateliţi şi pentru a calcula apoi poziţia cu maximă precizie bazată pe aceste distanţe. De fapt, semnalul de la doar trei sateliţi este suficient pentru acest proces trilateral;
Pa
ge2
32
calcularea poziţiei unui punct de pe Pământ se face pe baza distanţei punctului respectiv faţă de cei trei sateliţi. Semnalul de la cel de-al patrulea satelit este redundant şi este utilizat pentru a confirma rezultatele calculului iniţial. Dacă poziţia calculată în funcţie de sateliţii A-B-C nu corespunde calculului făcut de sateliţii A-B-D, atunci sunt testate alte combinaţii până este obţinut un rezultat corect. Procesul de măsurare a distanţei de la satelit până la dispozitivul GPS este bazat pe semnale temporizate. De exemplu, la ora 16:45, sateliţii pot începe să transmită semnal. Receptorul GPS va începe în acelaşi timp să ruleze aceeaşi secvenţă la ora 16:45, dar nu o va transmite. În momentul în care receptorul GPS primeşte semnal de la diferiţi sateliţi, există o desincronizare, pentru ca microundele au nevoie de o fracţiune de secundă pentru a ajunge cu viteza luminii de la satelit la receptor. Desincronizarea este transformată cu uşurinţă în distanţa până la fiecare satelit. Mica diferenţă dintre semnalele fiecărui satelit este utilizată pentru a calcula poziţia
receptorului.
China a lansat sistemul de naviga ţie prin satelit Beidou, alternativa sa la GPS-ul american
China a lansat servicii publice şi comerciale în regiunea Asia-Pacific folosind Beidou, un nou sistem de navigaţie ce foloseşte sateliţi. Sistemul
Beidou a început să fie disponibil civililor din regiunea Asia-Pacific de joi, 27 decembrie 2012, urmând să fie disponibil la nivel global începând cu anul 2020.
Sistemul Beidou foloseşte 16 sateliţi de navigaţie şi 4 sateliţi experimentali, relatează ziarul China Daily. Ran a anunţat că sistemul urmează să ofere servicii globale de navigaţie, poziţionare şi de sincronizare a ceasurilor. Chinezii au început să lucreze la dezvoltarea acestui sistem în anul 2000, dorind să evite să apeleze la sistemul GPS.
În acest moment, doar sistemul american GPS şi cel rusesc GLONASS funcţionează la nivel global. Beidou urmează să devină global în 2020 sub numele Compass, an în care şi Uniunea Europeană intenţionează să lanseze sistemul Galileo.
Se prezinta principiile generale de functionare ale sistemului GPS (Global Positioning System), principalele domenii de utilizare precum si noile directii de dezvoltare. Tendintele actuale mondiale de dezvoltare si diversificare ale sistemului GPS, tehnologiile moderne de realizare, micsorarea pretului de cost sunt indicatori de baza carora se poate anticipa patrunderea rapida a acestui sistem pe piata comerciala.
Prin prezentarea tendintelor actuale mondiale de dezvoltare si diversificare ale sistemului GPS se ofera o deschidere catre viitoarele sisteme complexe de navigatie militare, comerciale si personale, care invita la o analiza pertinenta a modalitatilor de utilizare a acestui sistem in activitatea specifica.
Pa
ge2
33
Sistemul GPS este un sistem american de radionavigatie prin satelit care permite indentificarea oricarei pozitii pe glob, prin receptionarea semnalelor de pozitionare prin satelit. Sistemul GPS conceput initial, cu aplicabilitate in domeniul militar, se baza pe utilizarea a patru sateliti, pe cunoasterea timpului de propagare dintre acestia si pe folosirea unui receptor GPS cu ajutorul carora se poate determina longitudinea, latitudinea, altitudinea si ora precisa in orice moment de timp. Precizia masurarii cu un astfel de sistem variaza intre 30m (militar) si 150m (comercial).
La inceputul anilor 1960, in SUA a fost conceput un sistem destinat fortelor armate aeriene si navale, cu ajutorul caruia se putea determina cu o precizie de 200-500m pozitia unui punct pe glob. Acest sistem putea oferi utilizatorului doua dimensiuni: longitudinea si latitudinea.
Odata cu perfectionarea sistemului, prin marirea numarului de sateliti lansati si prin utilizarea unor noi tehnologii de realizare a echipamentelor, s-a ajuns ca sistemul de navigatie sa ofere si o a treia dimensiune: altitudinea.
Datorita performantelor obtinute, sistemul GPS s-a dezvoltat rapid la scara mondiala, astfel incat a cuprins atat domeniul militar (caruia ii era destinat) cat si pe cel comercial si chiar, mai nou, personal.
Functionarea unui sistem GPS este asigurata de un grup de sateliti care se rotesc in jurul pamantului si emit semnale codate ce contin datele oribitale ale tuturor satelitilor, ceasul lor propriu, conditiile de "sanatate" ale satelitilor.
Semnalele emise de sateliti sunt recunoscute de un receptor specializat GPS, care se sincronizeaza pe frecventele purtatoare, calculeaza pozitia sa in raport cu satelitii respectivi si ofera utilizatorului date despre propria pozitie pe glob. Daca receptorul poate capta simultan semnale de la patru sateliti, atunci el va putea oferi si un alt parametru al pozitiei: altitudinea.
Sistemul GPS NAVSTAR ofera date referitoare la pozitie, viteza si timp in orice moment de timp. El este constituit din trei elemente denumite segmente: segmentul
spatial, segmentul de comanda si segmentul utilizator.
Segmentul spatial: se compune din cei 24 sateliti. Acesti sateliti, aflati pe orbite circulare, sunt plasati pe sase plane orbitale inclinate la 55 de grade, la o altitudine de 20200Km. Ei au o perioada de
Pa
ge2
34
revolutie de aproximativ 12 ore si o viteza de circa 3.9Km/s. Amplasarea lor orbitala va permite ca de pe orice pozitie de pe glob sa existe in vizibilitate directa intre 6 si 10 sateliti.
Satelitii au o durata de viata de 7,5 ani si sunt echipati cu ceasuri atomice si doua emitatoare in banda D. Cele doua frecvente purtatoare sunt f1=1575,42MHz si f2=1227,6MHz. Semnalele sunt emise in tehnica spectrului imprastiat si utilizeaza doua coduri pseudoaleatoare: un cod C/A (Clear Acquisition) pe frecventa f1 si un cod P (Precise) pe frecventele f1 si f2.
Segmentul de control si comanda transmite parametrii de amplasare, controleaza traiectoriile si datele emise si modifica orbitele satelitilor. Cele mai numeroase statii de control sunt amplasate in Japonia si SUA, tari in care sistemul GPS are cea mai larga raspandire si dezvoltare.
Segmentul utilizator este constituit de receptorii GPS care capteaza simultan semnale provenite de la sateliti, decodifica datele si calculeaza solutia ecuatiei de navigatie, denumit PVT (Pozitie, Viteza, Timp). Pentru a obtine aceasta solutie, este necesara utilizarea a numai patru sateliti care trimit parametrii de navigatie astfel incat se permite calculul distantelor Ri (vezi figura) dintre satelitul i si receptorul GPS. Ca urmare:Ri=C*Dti, unde C este viteza luminii, iar Dti sunt timpii de propagare dintre satelitul i si receptor. Solutia ecuatiei de navigatie este obtinuta prin rezolvarea
Pa
ge2
35
sistemului (Xi-x)2+(Yi-y)2=(Ri-C*b)2, unde (Xi,Yi,Zi) este pozitia satelitului i, iar b este eroarea sistematica a ceasului utilizatorului.
Accesul la sistemul GPS actual este caracterizat de norme si reguli foarte precise. Din punct de vedere al calitatii utilizatorului, in sistemul GPS sunt definite doua categorii: utilizatorii autorizati (legaturi militare sau oficiale) si utilizatori comuni (legaturi comerciale sau individuale). Aceasta deosebire este evidentiata de clasa de precizie in care sunt incadrate cele doua categorii de utilizatori. Din acest motiv sunt definite doua tipuri de servicii oferite prin sistemul GPS: PPS (Precise Positioning Service) si SPS (Standard Positioning Sevice).
De asemenea, pentru diferentierea si protejarea utilizatorilor, se utilizeaza modalitatea de accesare cu acces selectiv, SA (Selective Availability) si cu acces restrictiv, AS (Anti Spoofing).
Accesul selectiv este modalitatea si diferentierea a tipului de serviciu oferit de sistemul GPS (PPS sau SPS). Aceasta este exprimata printr-o programare preferentiala a preciziei datelor oferite prin satelit, in functie de tipul utilizatorului si prin preformantele receptorului GPS oferit.
Un receptor GPS ce lucreaza in serviciul PPS este echipat cu un procesor de gestiune a cheilor si cu module specializate care coreleaza datele obtinute de la sateliti, eliminand eroarea obtinuta printr-un serviciu de tip SPS.
Pentru protejarea serviciului oferit prin sistemul GPS, datele provenite de la sateliti prin codul P sunt codificate devenind un alt cod Y. Receptorii GPS, capabili sa decodifice codul Y, sunt echipati cu un procesor de gestiune a cheilor si cu moduri de functionare:
• navigatia in sistemul GPS autonom; • navigatia cu un sistem GPS ce utilizeaza modul diferential (DGPS); • traiectografie in sistemul DGPS; • geodezie; • masurarea altitudinilor etc.
Datorita dezvoltarii tehnologice actuale, ceea ce a dus la micsorarea pretului de cost al receptorului si la posibilitatea interconectarii cu sistemele de procesare si analiza computerizate, sistemul GPS a patruns rapid in domeniul comercial si individual.
Sistemul GPS individual, cel care potrivit estimarilor efectuate va deveni in scurt timp de neinlocuit in asigurarea navigatiei terestre, aeriene sau navale, constituie la aceasta ora preocuparea principala a cercetatorilor din domeniul sistemelor de telecomunicatii si radionavigatie.
Pa
ge2
36
Practic, cu ajutorul noilor receptoare GPS, montate pe orice tip de vehicul, nava sau aparat de zbor, se poate calcula distanta de la pozitia de destinatie, se pot memora ruta ce urmeaza a fi parcursa si informatiile legate de punctul de destinatie, se poate afisa ruta deja parcursa etc.
Prin realizarea unor receptoare cu 3,4,5 sau 6 canale s-a permis obtinerea tuturor parametrilor necesari navigatiei, putand fi astfel urmariti toti satelitii ce se gasesc in zona de vizibilitate directa.
Prin racordarea receptorului la un microcomputer a fost creat un sistem de achizitii de date pentru exploatarea resurselor de titei si gaz metan.
Sistemele GPS montate in autoturisme au o mare dezvoltare in Japonia, unde pana in prezent sunt in functiune aproape 500.000 de receptoare GPS, care ofera lista cu obiectivele turistice importante care se gasesc pe ruta ce urmeaza a fi parcursa pana la destinatie, iar mai recent au fost montate sisteme de televiziune care permit descrierea rutei, gasirea cu precizie a pozitiei vehicului pe harta, precum si informatii cu privire la traseele ce pot fi urmate pana la destinatie.
Prin arhivarea si inregistrarea datelor intr-un sistem centralizat, computerizat se pot realiza harti ale teritoriului care pot fi folosite in gasirea rutei optime, a distantei pana la destinatie, a pozitiei curente, a distantei parcurse etc.
Un alt domeniu de utilizare a sistemului GPS il reprezinta navigatia maritima si aeriana. Pentru marirea preciziei in determinarea pozitiei curente, specialistii au pus la punct un sistem GPS mai performant denumit DGPS. Prin acest sistem informatiile provenite de la doua sau mai multe receptoare sunt comparate in permanenta cu date precise stabilite intr-o statie teritoriala, astfel incat erorile de calcul provenite de la un receptor uzual GPS sa fie micsorate.
In sistemul DGPS (GPS diferential), un receptor GPS conectat la un sistem de calcul si programare adecvat, care poate oferi informatii de pozitie foarte precise, va transmite in permanenta date catre celelalte receptoare GPS cu care se afla in legatura. Dupa ce sunt prelucrate si analizate, aceste date sunt utilizate in calculul corectiilor ce se impun pentru stabilirea pozitiei precise. Precizia masuratorii poate ajunge la doar 3m.
GNSS (Global Navigation Satellite System) utilizeaza tehnica de pozitionare prin intermediul satelitilor pentru a furniza utilizatorilor informatii de navigatie actuale si precise.
In principiu, un astfel de sistem (GNSS) trebuie sa includa: · informatii in timp real pentru navigare; · verificarea autonoma a integritatii (acuratetea solutiei de navigatie intr-un timp scurt); · precizie suficienta pentru navigarea in siguranta.
Pa
ge2
37
Pozitionarea are ca scop determinarea pozitiei momentane a unui obiect aflat in repaus sau in miscare. Stabilirea pozitiei unui corp in miscare, pe uscat, pe apa sau in aer, precum si determinarea si corectarea cursului acestuia, sunt probleme tipice de navigatie. Determinarea pozitiei are in foarte multe situatii ca produs final coordonate intr-un anumit sistem de referinta. Se remarca, ca operatiile de masurare si pozitionare au deci un scop comun, acela de a determina coordonate pentru diferite puncte din spatiu.
Parametrii care se pretind in prezent de la un sistem de navigatie sunt: · acuratetea (gradul de conformitate intre pozitia estimata si pozitia masurata) descris de caracteristicile predictibilitate, repetabilitate si relativitate; · integritatea - care se refera la capabilitatea sistemului de a transmite la timp atentionari catre utilizatori, cand sistemul nu este disponibil pentru navigatie; · disponibiltate - capabilitatea sistemului de a oferi servicii in zone de acoperire specificate; · acoperire - definit ca aria unde sistemul de navigatie ofera informatii de pozitie la un nivel de precizie scontat; · continuitate - posibilitatea unui sistem ca dupa o perioada de timp de functionare incorecta, sa revina la conditiile de operabilitate impuse; · increderea - probabilitatea de a executa pentru o perioada de timp data functii specifice sub anumite conditii date.
Orice sistem GNSS contine in principiu trei segmente majore: · Segmentul spatial - format dintr-o constelatie de sateliti, fiecare satelit emitand semnale RF modulate cu coduri si mesaje de navigatie. Ei sunt considerati purtatori ai propriilor coordonate; · Segmentul de control - format dintr-o retea de statii de control situata la sol utilizata la supravegherea satelitilor si actualizarea mesajelor de navigatie ale satelitilor; · Segmentul utilizator - format din totalitatea receptoarelor de radionavigatie special dedicate pentru receptia, decodarea si procesarea codurilor si a mesajelor de navigatie.
1.2.Sistemul GPS
In principiu, sistemul consta din trei segmente (segmentul spatial, segmentul de control si segmentul utilizator), asa cum se poate observa in figura 1.1.
Segmentul spatial
Pentru faza sa finala segmentul spatial era prevazut cu 24 de sateliti, dispusi in 6 plane orbitale, cate 4 sateliti in fiecare plan orbital si care evoluau la o inaltime de 20200km deasupra Pamantului, transmitand in permanenta unde radio codificate. Planurile orbitale ale satelitilor sunt inclinate fata de planul ecuatorial la 55°. Din cei 24 de sateliti, 21 erau considerati normali operationali, iar restul de 3 de rezerva, a caror scop primordial era acela, de a inlocui eventualii sateliti operationali defecti. Satelitii de
Pa
ge2
38
rezerva emit insa si ei semnale radio si din acest motiv, mai sunt numiti si sateliti de rezerva activi.
Figura 1.1. Segmentele sistemului GPS
Orbitele sunt aproape circulare, iar timpul de revolutie al unui satelit este de circa 12 ore. Mai precis, un satelit efectueaza doua revolutii complete, cand Pamantul a efectuat o rotatie de 360° - adica dupa o zi siderala. Intrucat intre ziua siderala si ziua solara exista o diferenta de exact 4 minute, se modifica si momentele de aparitie si apunere a satelitilor cu aceasta valoare (satelitul apare si apune cu 4 minute mai devreme fata de ziua precedenta). Cu 24 de sateliti in constelatie, se pot "observa' in fiecare punct de pe glob, la orice ora din zi, fara restrictii meteorologice si la o elevatie de peste 15° intre 4 si 8 sateliti. Daca masca de elevatie se reduce la 10°, vor fi vizibili chiar si 10 sateliti si daca se reduce si mai mult (pana la 5°) ocazional vor fi vizibili chiar si 12 sateliti.
Satelitii. In esenta, satelitii GPS reprezinta platforme purtatoare de emitatoare radio, ceasuri atomice, computere precum si variate echipamente auxiliare necesare pentru operarea intregului sistem.
Satelitii GPS au diverse modalitati de a fi identificati: dupa data cand au fost lansati, numarul de catalog al NASA, numarul pozitiei orbitale sau dupa numarul PRN (pseudorandom noise) - ce reflecta portiunea de cod P ce este utilizata de satelit. In general, s-a convenit sa se foloseasca numarul PRN.
Tipurile de sateliti GPS sunt: Block I, Block II, Block NA, Block IIR, Block MM, Block IIR si Block III.
Pa
ge2
39
Satelitii din generatia 'Block-I' au fost sateliti prototip, conceputi pentru faza de testare si dezvoltare (1979 - 1985) si erau prevazuti cu o durata de functionare de 5 ani. Primul satelit de tip Block-I a fost lansat in februarie 1978, iar ultimul din cei 11 prevazuti, in octombrie 1985, cu ajutorul rachetelor de tip Atlas F. In general satelitii din aceasta generatie au indeplinit durata lor de functionare, multi dintre ei chiar au depasit-o astfel incat ultimul satelit de acest tip a functionat pana la sfarsitul anului 1995.
Satelitii din generatia 'Block-M' se deosebesc esential de satelitii din generatia precedenta, prin faptul ca aveau implementate tehnicile de protectie SA - Selective Availability si AS - Anti Spoofing. Primul satelit din aceasta generatie a fost lansat in februarie 1989, durata lui functionare fiind estimata la circa 7.5 ani. La bordul fiecarui satelit din 'Block-M' se afla 4 ceasuri atomice, doua cu Cesiu si doua cu Rubidiu.
Satelitii din generatia 'Block-IIA' (A are semnificatia 'Advanced' -avansat) sunt dotati cu posibilitatea de comunicare satelit-satelit. Primul satelit din aceasta generatie a fost lansat in noiembrie 1990.
Satelitii din generatia 'Block-IIR' (R are semnificatia 'Replenishment'- inlocuire) asigura facilitatea de masurare a distantei satelit-satelit - tehnica SSR Satelit-to-Satelit Ranging), iar ceasurile atomice cu hidrogen sunt cu un ordin de marime mai precise. Durata de viata este estimata la 10 ani. Lansarea satelitilor din aceasta generatie a inceput in anul 1995.
Satelitii din generatia "Block-IIM' (M are semnificatia 'Modernized' - modernizat) au inceput sa fie lansati incepand din iulie 2004.
Satelitii din generatia 'Block-IIF' (F are semnificatia 'Follow on'- continua) se doreste a fi lansati pana in 2010. Aceasta generatie va dispune de sisteme inertiale de navigatie precum si o structura avansata a semnalului. Durata lor de viata va fi de minim 10 ani si vor pregati drumul pentru noua generatie de sateliti de navigatie "Block-IM'. Prima lansare a unui satelit de acest gen se preconizeaza pentru anul 2012, dar este posibil ca aceasta data sa fie devansata cu un an sau doi.
Semnalele emise de satelitii sistemului NAVSTAR - GPS. Sarcina principala a satelitilor este de a emite semnale, care sa poata fi receptionate cu receptoare adecvate. Pentru aceasta fiecare satelit este prevazut cu ceasuri (oscilatoare), un microprocesor, un emitator si o antena. Asigurarea cu energie este realizata de baterii solare. Oscilatoarele din sateliti genereaza o frecventa nominala fundamentala de 10,23 MHz, care sta la baza generarii celorlalte semnale. Multiplicarea frecventei fundamentale cu 154 si 120 genereaza doua unde purtatoare in banda L, asa numitele semnale L1 si L2, care au urmatoarele caracteristici:
Acestor frecvente le corespund urmatoarele lungimi de unda:
Pa
ge2
40
=19.05 cm respectiv =24.45 cm
Utilizarea a doua frecvente este esentiala pentru eliminarea celei mai importante surse de erori si anume refractia ionosferica.
Capabilitati operationale. Din punctul de vedere al utilizatorilor civili s-a considerat, ca faza finala de realizare a sistemului a fost atinsa in iulie 1993, cand pentru prima data se dispunea de 24 de sateliti. Aceasta faza, cunoscuta sub initialele IOC (Initial Operational Capability) a devenit oficiala la 8 decembrie 1993. Din punct de vedere militar insa, sistemul se considera finalizat in faza FOC (Full Operational Capability), cand toti cei 24 de sateliti sunt din generatia Block-ll sau Block-IIA si aceasta faza era prevazuta pentru sfarsitul anului 1995.
Segmentul de control
Atributiile principale ale segmentului de control sunt:
• calcularea efemeridelor satelitilor; • determinarea corectiilor pentru efemeridele satelitare, (inclusiv implementarea
tehnicilor SA (Selective Availability) si AS (Anti-Spoofing) la sistemul NAVSTAR - GPS);
· mentinerea standardului de timp, prin supravegherea starii de functionare a ceasurilor satelitare si extrapolarea mersului acestora; · transferul mesajelor de navigatie spre sateliti;
• controlul integral al sistemului.
Statiile monitoare si de control. Segmentul de control al sistemului NAVSTAR - GPS este format din 5 statii, acestea putandu-se clasifica in functie de sarcini si functionalitati in: statia de control principala (Master Control Station), statii monitoare si statii de control la sol.
Pa
ge2
41
Figura 1.2. Localizarea pe glob a statiilor din segmentul de control
Statia de control principala din Colorado Springs colecteaza toate datele de la statiile monitoare si calculeaza predictiile pentru orbitele satelitilor intr-un sistem de coordonate cartezian geocentric precum si pe elipsoidul echipotential World Geodetic System 1984 (WGS-84). Aceste rezultate sunt transmise ca mesaj de navigatie la statiile de control de la sol. Tot in sarcina statiei principale de control intra si determinarea corectiilor efemeridelor satelitilor. In acest sens satelitii sunt prevazuti cu antene de receptie, un sistem de propulsie pentru a executa corectiile de traiectorie si un sistem de control a stabilitatii.
Statiile monitoare, pe langa cea din Colorado Springs, sunt amplasate in bazele militare americane din Hawaii, Kwajalein (in insulele Marshall din Oceanul Pacific), Diego Garcia (insula in Oceanul Indian) si Ascension (insula in sudul Oceanului Atlantic). In statiile monitoare sunt inregistrate date de la toti satelitii vizibili, sunt masurate date meteorologice, se face o preprocesare a datelor (filtrari, statistici etc), care apoi sunt transmise statiei de control principale pentru prelucrarea finala.
Ca statii de control la sol figureaza Kwajalein, Diego Garcia si Ascension. In esenta aceste statii sunt prevazute cu antene la sol de emisie, prin care sunt transmise mesajele de navigatie spre sateliti. De regula, aceste date sunt transmise de 1 - 3 ori pe zi. Cele cinci statii ale segmentului de control operational sunt suficiente pentru determinarea efemeridelor, care sunt denumite efemeride transmise (Broadcast), care sunt mai putin precise si sunt transmise prin mesajul de navigatie de la satelit la utilizator. In cazul in care statiile de la sol nu ar mai functiona, in sateliti exista mesaje
Pa
ge2
42
de navigatie precalculate, astfel incat precizia de pozitionare a lor va descreste gradat. Durata in care satelitii mai pot furniza serviciul de pozitionare fara a mai avea contact cu segmentul de control este dat in tabelul de mai jos:
Tabelul 1.1. Durata serviciului de pozitionare fara contact cu segmental de control
Tipul satelitului Durata Block 1 3-4 zile Block II 14 zile
Block IIA 180 zile Block IIR > 180 zile
In prezent exista si alte organizatii, care calculeaza efemeride precise, ca de exemplu IGS (International GPS Service for Geodinamics), infiintat in 1990 de Asociatia Internationala de Geodezie (International Association of Geodesy - IAG). Aceste efemeride precise sunt furnizate gratuit, pe internet, dar cu o intarziere de aproximativ doua saptamani.
Segmentul utilizator
Pentru a putea receptiona semnalele emise de satelitii GPS, utilizatorul trebuie dispuna de receptoare adecvate. Un receptor GPS este format din mai multe componente. Foarte generalizat se pot enumera urmatoarele: antena cu amplificatorul de semnal, oscilatorul de inalta frecventa, microprocesorul, unitatea de control, memoria pentru stocarea datelor si sistemul de alimentare cu energie. Antena receptioneaza semnalele de la satelitii vizibili, punctul de referinta fizic pentru semnalele receptionate fiind centrul de faza, care poate sa difere fata de centrul geometric al antenei. Pozitia centrului de faza depinde de modul de constructie al antenei si variaza in functie de directia de incidenta a semnalelor satelitare.
Deci, segmentul utilizator este alcatuit dintr-o multitudine de receptoare. In functie de tipul masuratorilor pe care le poate efectua un receptor, acestea se pot clasifica pe scurt conform tabelului de mai jos:
Tabelul 1.2. Clasificarea diverselor tipuri de receptoare
Tipul receptorului Masuratori
C/A - cod Pseudodistate pe codul C/A sau/si masuratori Doppler pe L1
C/A - cod si unda purtatoare
Pseudodistate pe codul C/A, masuratori de faza sau/si masuratori Doppler pe L1
P-cod Pseudodistate pe codul C/A si P, masuratori de faza sau/si masuratori Doppler pe L1 si L2
Y-cod Pseudodistate pe codul C/A si P/Y, masuratori de faza sau/si masuratori Doppler pe L1 si L2
Pa
ge2
43
In concluzie, semnalele emise de satelitii GPS si caracteristicile lor sunt sintetizate in tabelul 1.3..
Tabelul 1.3. Caracteristici semnalelor GPS
Componenta Frecventa (MHz) Lungimea de unda
Frecventa de baza fo= 10,23 29.31 m
Unde purtatoare L1 L2 154 xfo = 1575,42 120 x fo = 1227,60 19.05 cm 24.45 cm
Coduri P C/A
W fo= 10,23 fo/10 = 1,023 fo/20 = 0,5115 29.31 m 293.10 m
Mesaj navigatie D fo/204600 = 50 10-6
1.3.Sistemul GLONASS
Dezvoltarea sistemului satelitar GLONASS (Global Navigation Satellite System) a inceput aproximativ in aceeasi perioada cu sistemul satelitar GPS. Primul satelit GLONASS a fost lansat in anul 1982, aceasta corspunzand cu faza de dezvoltare a sistemului american. Dupa 1982 conceptia sistemului a fost de mai multe ori reluata si imbunatatita, avand ca rezultat o precizie sporita a pozitionarilor pentru navigatie si o incredere ridicata in aparatura de la bordul satelitilor, care aveau o perioada de functionare de 5 ani. La inceputul anilor '90 sistemul GLONASS a fost dat liber pentru utilizatorii civili si anume, pentru rezolvarea problemelor de navigatie si pentru determinarea parametrilor de rotatie ai Pamantului.
Sistemul GLONASS este alcatuit din trei segmente:
. segmentul spatial;
. segmentul de control;
. segmentul utilizator.
Segmentul spatial este alcatuit din 24 de sateliti plasati pe orbite la o inaltime de 19100 km. Satelitii sistemului GLONASS sunt dispusi pe trei plane orbitale, cate 8 in fiecare plan orbital. Satelitii sunt distantati la 45° pe orbita, iar in functie de argumentul latitudinii satelitii sunt decalati pe cele trei orbite cu 15°. Orbitele sunt aproape circulare, cu o inclinatie de 64.8°.
Segmentul de control consta din:
. centrul de control terestru de la Moscova;
. sincronizatorul central de la Moscova;
. statiile de monitorizare la Petersburg, Ieniseiesk si Comsomolsk pe Amur;
Pa
ge2
44
. echipamentul de control al navigatiei de la Moscova si Comsomolsk pe Amur.
Segmentul utilizator este alcatuit din receptoarele de navigatie si echipamente de procesare a semnalelor transmise de satelitii GLONASS in vederea determinarii pozitiei, vitezei si timpului.
Caracteristicile semnalului
Fiecare satelit GLONASS emite semnale in doua benzi de frecventa L1B B~1.6 GHz si L2B B~1.2 GHzB. In sistemul de navigatie GLONASS, fiecare satelit este caracterizat prin frecventa lui proprie (Frequency Division Multiple Access). Trebuie precizat faptul ca doi sateliti din acelasi plan orbital decalati la 180° emit pe aceeasi frecventa. Pe banda L1 a sistemului GLONASS sunt transmise semnale de navigatie de doua tipuri: codul C/A (numit si precizia standard de pozitionare) si codul P (denumit si codul de precizie ridicata). Sistemele standard de pozitionare sunt destinate utilizatorilor civili. Spre deosebire de GPS, ambele coduri sunt accesibile, deoarece codul P nu este criptat. Pe banda L2 este transmis doar codul P.
Caracteristicile sistemului · Pozitionare fixa: asemeni sistemului GPS, sistemul GLONASS este accesibil aproape in permanenta. Totusi, semnalul GLONASS fiind acoperit de zgomot este necesar sa se faca o medie a semnalelor receptionate. Rata de actualizare a informatiei in receptor variaza intre 1 - 20 actualizari pe secunda;
· Dimensiuni fixe: GLONASS permite determinarea pozitiei 4D atunci cand sunt vizibili cel putin 4 sateliti. Cand sunt vizibili numai 3 sateliti si se presupune ca se cunoaste elevatia, se pot determina nivelul marii, latitudinea, longitudinea si timpul;
· Capacitatea sistemului: este nelimitata;
· Precizia: eroarea de pozitionare este estimata la 30 m pe orizontala si 20 - 30 m pe verticala;
· Disponibilitatea sistemului este de 98%;
· Increderea: durata de viata a satelitilor este de 3 ani ( 5 ani pentru satelitii modificati);
· Acoperirea: globala.
Sursele de erori:
• segmentul spatial : 9.2 m;
• segmentul de control : 9.2 m;
• segmentul utilizator:
Tabelul 1.4. Sursele de erori datorate receptoarelor GLONASS
Corectia de ionosfera 10.0 Corectia de troposfera 2.0
Pa
ge2
45
Zgomotul receptorului 5.0 Multipath 1.0 Altele 1.0 Sigma 14.7 2 sigma x HDOP 2 sigma x 1.5 44.1
Datorita faptului ca segmentul satelitar nu este complet, disponibilitatea si precizia sistemului sunt limitate. Din aceasta cauza se recomanda neutilizarea in aplicatii critice. De asemenea numarul utilizatorilor de receptoare este limitat, desi pe piata sunt disponibile o serie de receptoare combinate GPS/ GLONASS. Utilizand un astfel de echipament, utilizatorul poate beneficia de o constelatie buna.
1.4.Sistemul GALILEO
In anul 1994, Comisia Europeana (CE) a evidentiat necesitatea ca Europa sa isi aduca contributia la dezvoltarea tehnologiilor GNSS. In 26 martie 2002, Consiliul Europei a decis in unanimitate lansarea programului de navigatie Galileo. Acesta este primul sistem de pozitionare si navigatie prin satelit orientat pe aplicatii civile.
Infrastructura sistemului este dezvoltata in trei faze:
1. dezvoltarea si validarea sistemului
2. implementarea sistemului
3. dezvoltarea operatiunilor comerciale
Programul Galileo este o alternativa la sistemele GPS si GLONASS, care ocupa o pozitie de monopol si deci in situatii de criza se poate restrange accesul la serviciile sale de mare precizie.
Alte considerente care au dus la demararea acestui program au fost: · Sistemul LORAN-C este depasit, neeficient si insuficient de fiabil in sensul ca are momente de cadere pe care nu le semnalizeaza, ceea poate duce la accidente in aplicatiile critice · Eroarea de pozitionare este mare si instabila · Sistemele GPS si GLONASS au fost dezvoltate in special pentru aplicatiile militare si sunt mai putin orientate pe aplicatii civile
Potrivit documentului MHD (Galileo Mission High-level Definition), componentele sistemului Galileo sunt grupate in urmatoarele categorii:
• Componenta globala • Componenta regionala • Componenta locala
Pa
ge2
46
• Componenta utilizator • Componenta globala cuprinde segmentul spatial si segmentul de control.
Segmentul spatial include o constelatie 30 de sateliti, distribuiti in trei plane orbitale cu o inaltime de 23616 km. De controlul constalatiei satelitare, sincronizarea ceasurilor atomice din satelit, integritatea semnalului se ocupa segmentul de control prin cele doua centre de control Galileo (GCC - Galileo Control Centers) amplasate la sol.
Caracteristicile semnalului
Galileo va transmite zece categorii de semnale : sase pentru servicii de securitatea vietii, doua pentru servicii comerciale si doua pentru serviciul public regulat.
Tabelul 1.5. Benzile de frecventa ale sistemului Galileo
Denumire Banda de frecventa [MHz]
Banda mica L E5a 1164 - 1189 E5b 1189 - 1214 Banda mijlocie L E6 1260 - 1300 Banda mare L E2 1559 - 1563 E1 1587 - 1591
Toti satelitii sistemului Galileo impart acelasi spectru utilizand tehnici CDMA.
Pa
ge2
47
Figura 1.3. Caracteristicile semnalului sistemului Galileo
Spectrul de frecvente Galileo
Galileo va livra 10 semnale de navigatie cu polarizare circulara dreapta, in benzile de frecvente 1164-1215 MHz (E5a si E5b), 1260-1300 MHz (E6) si 1559-1592 MHz (E2, L1, E1) denumita conventional L1 dupa cum urmeaza:
· Sase semnale, incluzand trei canale fara date (semnale pilot), sunt accesibile tuturor utilizatorilor (serviciul deschis - Open Service - OS) pe E5a, E5b si E2-L1-E1 si pentru servicii de salvare (SOL) · Doua semnale pe E6 cu coduri de distanta criptate sunt accesibile numai utilizatorilor autorizati de Serviciul Comercial (CS). · Doua semnale pe E6 respectiv pe E2-L1-E1 cu date si coduri de distanta criptate sunt accesibile numai utilizatorilor autorizati de Serviciile Publice Reglementate (PRS). Pentru transmiterea oricaror mesaje cu date este utilizat un cod convolutional Viterbi.
Deoarece benzile E1 si E2 sunt foarte apropiate pentru a gazdui un semnal de navigatie ele vor fi combinate cu banda de 1663-1587 MHz folosita de banda L1 a sistemului GPS.
Tabelul 1.6. Spectrul de frecvente Galileo
Pa
ge2
48
Caracteristicile sistemului · Galileo ofera o precizie mare (spre 1m) si constanta, necesara pentru aplicatii cum ar fi acostarea in porturi, aterizarea avioanelor; · Galileo ofera fiabilitate superioara deoarece va include mesaje care informeaza imediat utilizatorii asupra posibilelor erori sau intreruperi de semnal si pentru ca va acoperi zone mai dificile cum ar fi Europa de Nord; · Galileo va asigura un nivel inalt de continuitate cerut de afacerile zilnice.
Relevanta pentru navigatie
Fiind inca in faza de proiect acest sistem nu are relevanta. Dar imediat ce Galileo va fi interoperabil cu sistemul GPS se asteapta aparitia pe piata a unor echipamente, receptoare care au implementate atat sistemul GPS, cat si Galileo. Unul din avantajele lui Galileo fata de GPS il constituie faptul ca va fi un sistem destinat civillilor si nu va fi controlat de un serviciu militar. Fiind la inceput, nu este clar ce serviciu va fi folosit pentru aplicatiile efectuate pe canalele navigabile din interiorul tarii.
Tabelul 1.7. Performantele sistemului Galileo
Pa
ge2
49
Tabelul 1.8. Caracteristicile semnalului de navigatie si serviciile
carora sunt alocate
Pa
ge2
50
Pa
ge2
51
Pa
ge2
52
Pa
ge2
53
Pa
ge2
54
Pa
ge2
55
Pa
ge2
56
Pa
ge2
57
Pa
ge2
58
Pa
ge2
59
Pa
ge2
60
Pa
ge2
61
Pa
ge2
62
Pa
ge2
63
Pa
ge2
64
Pa
ge2
65
Pa
ge2
66
Frequency Mode Location Callsign User/Usage
0.1237 MHz AM Mainflingen, Germany DCF42 DGPS
0.2855 MHz AM Stirling, UK DGPS
0.287 MHz AM Hasselt, Belgium DGPS
0.2895 MHz AM Hammer Odde, Denmark DGPS
0.29 MHz AM Blavands Huk, Denmark DGPS
0.2905 MHz AM Flamborough Head, UK DGPS
0.291 MHz AM Wormleighton, UK DGPS
0.2915 MHz AM Sumburgh Head, UK DGPS
0.292 MHz AM Ras Al Khaimah, UAE DGPS
0.2935 MHz AM Iffezheim, Germany DGPS
0.294 MHz AM Vlieland, Netherlands DGPS
0.295 MHz AM Kuwait City, Kuwait DGPS
0.2955 MHz AM Bott of Lewis, UK DGPS
0.296 MHz AM Skagen, Denmark DGPS
0.297 MHz AM Girdle Ness, UK DGPS
0.2975 MHz AM Point Lynas, UK DGPS
0.298 MHz AM Manama, Bahrain DGPS
0.2985 MHz AM Helgoland, Germany DGPS
0.2995 MHz AM North Foreland, UK DGPS
0.3 MHz AM Cavarna, Bulgaria DGPS
0.301 MHz AM Gilze Rijen, Netherlands DGPS
0.301 MHz AM Ijmuiden, Netherlands DGPS
0.3025 MHz AM Koblenz, Germany DGPS
0.3035 MHz AM Zeven, Germany DGPS
0.306 MHz AM Lizard, UK DGPS
0.3075 MHz AM St. Catherine's Point, UK DGPS
0.308 MHz AM Gross Mohrdorf, Germany DGPS
0.3095 MHz AM Nash Point, UK DGPS
0.3115 MHz AM Oostdyck, Belgium DGPS
0.312 MHz AM Oostende, Belgium DGPS
0.3125 MHz AM Hoek van Holland, Netherlands DGPS
0.3135 MHz AM Mauken, Germany DGPS
0.314 MHz AM Munayyif, UAE DGPS
0.3145 MHz AM Bad Abbach, Germany DGPS
1.8 MHz Leka, Norway DGPS, DeltaFix
1.8002 MHz Bergen, Norway DGPS, DeltaFix
1.8062 MHz Unst, UK DGPS, DeltaFix
1.86 MHz Rotterdam, Netherlands DGPS, DeltaFix
1.8945 MHz Butt of Lewis, UK DGPS, DeltaFix
1.895 MHz Seahouses, UK DGPS, DeltaFix
1.9425 MHz Bjergeborg, Denmark DGPS, DeltaFix
2.163 MHz Den Helder, Netherlands DGPS
2.1637 MHz Bergen, Norway DGPS, DeltaFix
2.1642 MHz Leka, Norway DGPS, DeltaFix
2.6344 MHz Butt of Lewis, UK DGPS, DeltaFix
2.682 MHz Unst, UK DGPS, DeltaFix
2.805 MHz Rotterdam, Netherlands DGPS, DeltaFix
2.834 MHz Seahouses, UK DGPS, DeltaFix
3.226 MHz Bjergeborg, Denmark DGPS, DeltaFix
Pa
ge2
67
160.23 MHz NFM Bergen/Ruegen, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Cadenberge, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Emden/Knock, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Frankfurt an der Oder, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Lueneburg, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Oranienburg, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Poel, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Prenzlau, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Waren/Mueritz, Germany DGPS
160.23 MHz NFM Wuensdorf, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Barth, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Berlin, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Cottbus, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Cuxhaven, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Hannover, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Niebuell, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Oldenburg, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Perleberg, Germany DGPS
160.29 MHz NFM Talkau, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Belzig, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Borkum, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Ferdinandshof, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Flensburg, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Hamburg, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Heide, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Luebben, Germany DGPS
160.31 MHz NFM Strausberg, Germany DGPS
160.99 MHz NFM Berlin, Germany DGPS
160.99 MHz NFM Hildesheim, Germany DGPS
160.99 MHz NFM Luebeck, Germany DGPS
160.99 MHz NFM Norderney, Germany DGPS
160.99 MHz NFM Pellworm, Germany DGPS
161.01 MHz NFM Germany DGPS
161.03 MHz NFM Germany DGPS
161.05 MHz NFM Germany DGPS
161.07 MHz NFM Arkona, Germany DGPS
161.07 MHz NFM Aurich, Germany DGPS
161.07 MHz NFM Hamburg, Germany DGPS
161.07 MHz NFM Holzminden/Boffzen, Germany DGPS
161.07 MHz NFM Verden, Germany DGPS
161.09 MHz NFM Germany DGPS
161.13 MHz NFM Germany DGPS
161.15 MHz NFM Bad Segeberg, Germany DGPS
161.15 MHz NFM Meppen, Germany DGPS
161.15 MHz NFM Wilhelmshaven, Germany DGPS
161.21 MHz NFM DGPS
161.45 MHz NFM Germany DGPS
161.47 MHz NFM Germany DGPS
162.05 MHz NFM Bad Oeynhausen, Germany DGPS
162.07 MHz NFM Germany DGPS
162.09 MHz NFM Germany DGPS
Pa
ge2
68
Pa
ge2
69
Unitate de invatare nr.7.
NAVTEX
Cuprins
7.1. NAVTEX in navigatie
7.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de invatare nr.7.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul NAVTEX in navigatie;
7.1. NAVTEX in navigatie
NAVTEX este un serviciu international de autoprintare a avizelor meteorologice de
navigatie si a informatiilor urgente catre nave. Costa putin si e un mod simplu de a primi
informatii despre siguranta navigatiei la bordul navelor. Informatia transmisa este
importanta pentru toate navele iar caracterul selectiv al serviciului il asigura pe
navigator ca primeste informatii specifice navei si nevoilor sale.
NAVTEX are un rol important in GMDSS si este o parte componenta a Serviciului
International de Avertismente de Navigate ( World –Wide Navigational Warning
Service, WWNWS) .
Caracteristicile tehnice si de operare ale sistemului Navtex sunt continute in
Recomandarea ITU-RM 540-2. Standardele de performanta pentru echipament sunt
trecute in Rezolutia IMO A. 525 (13) .
o Serviciul international NAVTEX inseamna coordonarea transmisiei si receptiei
automate pe frecventa de 518 kHz , a informatiilor de siguranta a navigatiei.
Pa
ge2
70
Un receptor NAVTEX are capacitatea de a selecta mesajele care urmeaza sa fie
printate. Un cod tehnic (B1B2B3B4) apare la inceputul fiecarui mesaj.
Clasele esentiale de siguranta cum ar fi avizele de navigatie sau meteorologice si
informatia de cautare si salvare , nu sunt rejectabile , pentru a fi siguri ca informatiile
privitoare la siguranta sunt receptionate de navele care au Navtex .
Coordonatorii Navtex verifica mesajele transmise de fiecare statie in functie de
informatia continuta in fiecare mesaj si acoperirea geografica ceruta . Un utilizator
poate alege sa accepte mesaje de la un singur transmitator care functioneaza in zona
din apropierea sa.
Folositi un caracter de identificare pentru fiecare transmitator (B1) pe 518 kHz
(conform procedurilor din IMO si ITU )
Folositi un caracter aditional pentru fiecare nava (B2) V,W,X si Y pe 518 kHz.
Prevederile serviciului national NAVTEX pe frecventa internationala adoptata pentru
astfel de servicii (490 kHz sau 4209,5kHz ).
Trei prioritati ale mesajelor sunt folosite pentru a fi transmise primele in serviciul
NAVTEX . In ordine descrescatoare a urgentei , ele sunt :
o VITALE; pentru transmisiuni , subiectul trebuie sa evite interferentele in favoarea
transmisiunilor
o IMPORTANTE; pentru transmisiuni in perioada urmatoare cand frecventa nu
este folosita
o DE RUTINA; pentru transmisiuni in urmatoarele perioade de transmisie
Atat cele VITALE cat si cele IMPORTANTE vor fi normal repetate, daca sunt valide in
urmatoarea perioada de transmisie.
Caracteristicile de identificare al transmitatorului (B1). Acest caracter B1 este singura
litera unica care este alocata fiecarui transmitator. Este folosita pentru a identifica
transmisiunile care vor fi acceptate de receptor, si cele care vor fi rejectate. Pentru a fi
evitata receptia transmisiunilor de la doua statii care au aceleasi caracteristici B1 , este
necesar sa ne asiguram ca astfel de statii sunt la mare departare una de alta.
Pa
ge2
71
Transmisiunile NAVTEX pot avea loc pana la 400Mm. Distanta minima intre doua
transmitatoare cu acelasi identificator B1 este de obicei suficienta ca sa ne asigure ca
un receptor nu se afla in bataia ambelor statii in acelasi timp.
Caracteristicile B2 care in indica subiectul. Acest caracter B2 este folosit de receptor
pentru a identifica diferitele clase de mesaje. Caracterul este de asemenea folosit
pentru a rejecta mesajele continand subiecte optionale care nu sunt necesare navei.
A= avize de navigatie( nu pot fi rejectate de receptor)
B= avize meteorologice (nu pot fi rejectate de receptor)
C= rapoarte despre gheturi
D= informatii de cautare si salvare( nu pot fi rejectate de receptor)
E= transmisii meteo
F= mesaje despre serviciu de pilotaj
G= mesaje DECCA
H= mesaje LORAN
I= disponibil
J= mesaje SAT NAV
K= alte mesaje privind aparatura electronica de navigatii( mesaje cu privire la serviciile
de radio-navigatie
L= avize de navigatie-aditional la litera A( nu ar trebui sa fie rejectate de receptor)
V, W, X si Y= servicii speciale
Z= nici un mesaj
Manualul NAVTEX da detalii de programare ale receptorului pentru a accepta diferite
caracteristici care indica subiectul. Aditional la identificatorii internationali standard de
subiect , Garda de Coasta a U.S. cu privire la transmisiile de siguranta au:
V= Avize catre pescadoare/ pescari
W= Informatii despre mediul inconjurator
Aditional transmisiile mai pot include :
X= In Islanda –buletine meteo , avize de navigatie ,scurte instructaje catre pescari si
informatii despre traficul telecomunicatiilor.
Pa
ge2
72
Numerotarea mesajelor(B3 B4). Fiecare mesaj dintr–un grup de subiecte ii este
alocat un numar ,B3B4, cuprins intre 01 si 99. acest numar nu este necesar asemanator
cu numerotarea masajelor in alte sisteme de avize de radio–navigatie. Cand se ajunge
la 99, numerotarea va reincepe de la 01 dar evitand alocarea numarului mesajului care
este in uz. S–a constatat ca 99 de masaje nu sunt intotdeauna suficiente pentru unele
grupuri de subiecte, si B2=L poate fi folosit pentru avize de navigatie aditionale , pentru
a recepta surplusul de mesaje de la B2=A cand este necesar.
Pentru ca un receptor NAVTEX sa functioneze eficient, este esential ca operatorul sa
aiba cunostinte despre programarea si operarea pentru receptorul sau. Acest lucru nu
este dificil daca se urmeaza urmatoarele sfaturi:
o Sa se asigure ca dispune de suficiente role de hartie NAVTEX la bord
o Sa verifice daca exista hartie in receptor
o Sa lase receptorul NAVTEX sa functioneze pentru minimum patru ore de
navigat, sau mai bine sa il lase deschis in permanenta. Acest lucru permite
evitarea pierderii anumitor informatii vitale care ar putea afecta vasul in timpul
voiajului sau.
o Sa se asigure ca „Manualul de operare al echipamentului” este in apropierea
echipamentului atribuind o atentie deosebita faptului ca echipamentul sau ar
putea fi programat diferit de alte modele.
o Folosind Manualul de operare al echipamentului, sa faca programarea sa si
procedurile de testare al echipamentului de la bord, sa il puna intr–o folie de
plastic si sa o pastreze langa echipament.
o Sa aiba langa echipament o copie plastifiata a NAVAREAS/METAREAS in care
naviga nava, infatisand statiile NAVTEX zonele de acoperire, timpul lor de
emisie si caracterele B1.
o Sa programate receptorul pentru a receptiona doar acele mesaje identificate
prin caracterul B1 ale statiilor NAVTEX care acoperea zona in care nava se
afla si cale care acopera zona in care nava va intra. Astfel se va evita risipirea
hartiei receptorului.
Pa
ge2
73
o Sa programeze receptorul pentru a accepta doar acele mesaje identificate cu
caracterul B2 (tipul mesajului) pe care doreste sa receptioneze. Sa aiba o grija
extrema pentru a nu confunda programarea caracterului B1 cu caracterul B2.
Este foarte usor pentru un operator sa creada ca programeaza caracterele B1,
cand de fapt el programeaza din greseala caracterele B2.Dupa programare
intotdeauna sa verifice statusul de programare pentru a se asigura ca este
corect.
o Daca informatia este receptionata incomplet/deteriorata, sa informeze statia
NAVTEX respectiva de acest lucru, dand pozitia vasului sau si UTC. Astfel nu
numai ca se obtine informatia dorita, ci se ajuta la imbunatatirea sistemului. Tot
in acest mod, orice modificare critica apare legata de siguranta in timpul
voiajului va trebui imediat anuntata catre cea mai aproape Statie Radio de
Coasta si sa se adreseze Coordonatorului National sau NAVAREA/MATAREA
responsabil de zona geografica in care se naviga.
Receptorul NAVTEX este sistem de autoprintare care functioneaza pe banda scurta
(NBDP–Narrow Band Direct Printing ) pe frecventa de 518 kHz (unele echipamente pot
lucra si pe 490 si 4209,5 kHz ) si este o parte esentiala a sistemului GMDSS.
El receptioneaza automat informatiile siguranta a circulatiei cum ar avizul, de furtuna,
transmisii meteo, avertismente in caz de piraterie, alerte de pericol etc. (mai multe
detalii ale sistemului pot fi gasite in Publicatia IMO –951E– Manualul NAVTEX).
Informatia receptionata este printata pe un sul de hartie al receptorului. Fiecare mesaj
incepe cu preambulul (ZC ZC) urmat de un spatiu, apoi patru caractere B. Primul,
(B1), identifica statia de la care se receptioneaza mesajul, al doilea, (B2), identifica
subiecte (avize de navigatie etc.), al treilea si al patrulea, (B3+B4), care formeaza
numarul mesajului transmis de statie. Acesta este urmat de textul masajului si se
incheie cu o terminatie (NNNN).
Sistemul NAVTEX transmite Avertismente costiere care acopera zona pana la 250 Mm
distanta de transmitator; transmisiile de la unele transmitatoare pot fi receptionate pana
la 400 Mm sau chiar mai departe in conditii neobisnuite de propagare.
Pa
ge2
74
Sfatul practic va va ajuta sa va asigurati de buna functionare si folosirea receptorului
NAVTEX, garantand receptionarea informatiilor de siguranta a navigatiei in zonele
geografice unele statii NAVTEX sunt folosite.
Navtex Maritime Safety Information Broadcast Channe ls
490 kHz National NAVTEX national languages 500 kHz High Speed International NAVTEX planned * 518 kHz International NAVTEX English language
http://www.dxinfocentre.com/navtex.htm http://www.icselectronics.net/support/kb/demo -video
Pa
ge2
75
Pa
ge2
76
NAVTEX - Part of the GMDSS
NAVTEX, (NAVigational TEXt) is described by UK Coast Guard (HMCG) as the primary method of disseminating Marine Safety Information (MSI) out to 270 miles and is .part of the integrated Global Maritime Distress and Safety System (GMDSS).
The other components of the total GMDSS are:
• Radio telephony broadcasts, VHF out t* 30 miles, MF to 150 miles, HF worldwide, • The International Maritime Satellite (INMARSAT) SafetyNET over the oceans, roughly 65°N to
65°S., • HF radio-facsimile and radio-teletype.
NAVTEX is obligatory for Safety of Life at Sea (SOLAS) convention vessels, including some training yachts. This page gives a basic description of NAVTEX, how it operates, where and when it is useful. Another page discusses reception issues.
Terms used in marine forecasts are on another page of this site, see also the page on Sea areas in METAREAS I. II and III.
What is it?
NAVTEX broadcasts text messages over radio for automatic reception. Specifications are that it should be capable of reception at sea(ie from the fairway buoy) to between 250 and 400 nm
Dedicated NAVTEX receivers are pre-tuned Single Side Band radios with signal processing software. Although coverage is generally good around Europe, there are many areas not served
Pa
ge2
77
offshore. The GMDSS system is designed on the assumption that there are other ways of receiving safety information, when in harbour or near the coast. International NAVTEX broadcasts all use a common frequency of 518 kHz (obviating the need to tune a receiver) and in English.
by NAVTEX and it is important to consult the coverage maps to be found in most almanacs and Admiralty publications. See the ICS/McMurdo site for a list of stations worldwide.
For a formal description of the design and operation of the NAVTEX system, see the IMO NAVTEX Manual, a PDF document.
How does it operate?
In each meteorological area (METAREA) NAVTEX transmitters are allocated single ID letters from A through to X. Station A broadcasts from 0000 to 0010, station B from 0010 to 0020, …, station X from 0350 to 0400 UTC. This cycle is then repeated six times daily. Message types (see below) are also given single letter IDs.
A set will receive all transmissions within reception range; users select which stations and message type it is wished to record. Older leisure and SOLAS standard sets produce paper printout, most modern leisure sets store the data for viewing on screen. It is sensible to select IDs for both the area where you are sailing and where you are going to... The information in a NAVTEX broadcast will normally refer to the service area for the transmitting station. This shows areas around the British Isles these are shown here.
What does it provide?
MSI in categories indicated by single letters; there are more than those listed here, but these are the ones most relevant to the leisure sailor -
A......Navigation warnings B......Meteorological warnings C......Ice reports D......Search & rescue information, piracy warnings E......Meteorological forecasts L......Navigation warnings - additional to letter A - see below V......Weather actuals – only on UK 490 kHz
Most leisure sets allow all message types to be de-selected apart from D. It is usually advisable to select messages A, B, E and L. On SOLAS standard sets, none of A. B. C. D can be de-selected.
Pa
ge2
78
Message format
Messages are ‘topped and tailed’ by codes used by your set to decide whether it should be saved. The message layout is - ZCZC B1,B2,NN Time of transmission Message Text ... NNNN
ZCZC starts message, B1 is the station ID. B2 is the message ID and NN the message number. Time of broadcast is in UTC. The message follows. It is ended by NNNN meaning end of transmission.
On some (SOLAS standard) sets, the message number is used to prevent repeated printing in hard copy. With soft copy, leisure sets, it allows the user to ignore messages already received and read.
A Gale Warning (B) from Hamburg (S) might look like this
ZCZC SB74 2*WEPP NAVTEX-HAMBURG (NCC) WARNING NO. 95 291710UTC AUG FOR GERMAN BIGHT: GALES NORTH TO NORTHEAST 7 TO 8 BFT. NNNN.
NOTE The date time group is corrupt and should have read 292300. See my RTTY page for suggested "decodes" of corrupt messages..
How useful is it?
C o a s t a l s a i l i n g
Within 30 miles of the coast ie within VHF range, and making short passages, relevant weather information is usually available on VHF supplemented by other means, especially the Internet. NAVTEX can be regarded as a back-up for “Sea Area” forecasts such as the UK “Shipping Forecast” or the French “Bulletins au large.” Even around the UK, there are dead spots for marine VHF and mobile phone networks. In some areas (eg Croatia, Italy, Greece) where the forecasts on VHF are identical to those on NAVTEX, the text of the latter can be easier to understand than when read in heavily accented English, sometimes at great speed.
Another benefit is the easy receipt - and easy reading - of Navigation warnings. These can be tedious to listen to, especially when broadcast on VHF in two or three languages.
O f f s h o r e
HMCG recommend NAVTEX for non-convention vessels going over 30 miles out, On passage, messages will normally be received from stations at least 200 nm away and often more, as long as the signal has passed mainly over the sea. For those going into blue water, the equivalent system is the INMARSAT SafetyNET.
Pa
ge2
79
National NAVTEX and other frequencies.
National NAVTEX services usually use 490 kHz. This may be received automatically on some dual-channel receivers but have to be selected on others. Older sets usually only have the 518 kHz channel... The UK uses 490 kHz for inshore waters forecasts and weather actuals. Most other countries use this frequency for national language versions of their 518 kHz broadcasts. For those going further afield, there are some other frequencies eg 424 kHz in Japan and a 4209.5 kHz used by Egypt, Turkey, Taiwan and Vietnam.
Caveats
• NAVTEX is not intended to be capable of reception in harbours although it often can be. • The night-time effect, when transmissions from distant stations sometimes over-write a nearby
station, is an insoluble problem. • The technology is 1950s but is low cost. It works fairly well in the areas where it is supposed to
work. It does not work well in areas where it is not intended to work. In such areas, GMDSS service are provided by VHF, MF/HF or INMARSAT as appropriate.
Dedicated set, "NAVTEX Engine", or radio input to computer?
Because NAVTEX is intended for unattended operation, the dedicated set is, to my mind, the optimum. There are some devices on the market that are designed to feed the signal to a computer and/or store the information for later viewing.
Use of a computer is fine if you have a built in marinised computer such as I have seen on blue water yachts. Most of us are not in that category and have laptops which do not like being bounced around in a rough sea and hate getting wet. The need to be able to view messages as and when received makes the engine not a good idea for the ordinary coastal sailor.
The SmarMET PC Navtex is a good compromise in that it can interface your computer to your NAVTEX receiver (or engine) bringing NAVTERX messages onto the PC. The software lets you filter and sort messages by subject and transmitting station, view and print messages and message logs, delete duplicates and purge old messages.
It also includes details of NAVTEX transmitting stations and schedules. It is a significant advance on programs that interface to a general radio receiver.
Messages and texts
A number of NAVTEX monitoring systems have been developed; these are interesting but, being on a catch as catch can basis, are not of great use to sailors except as giving examples of messages. See http://olivecottage.homeip.net/
Texts of Weather messages can always be found at - http://weather.gmdss.org/index.html (Probably UK and France only)
Pa
ge2
80
http://www.bbc.co.uk/weather/coast/ (UK Forecasts and Extended Outlooks)
Pa
ge2
81
NAVTEX - WHY IS IT SO EXPENSIVE?
MF NAVTEX stations are expensive - in the vicinity of 200-300,000 dollars US.
This is mainly due to the large antenna systems required - which are expensive to purchase and erect - they also require lots of space.
MF NAVTEX antenna - not small....
NAVTEX operates on two channels in the MF band - 518 and 490 kHz. Antenna size is
a function of wavelength - the wavelength of the NAVTEX frequencies is around 600m. Accordingly, antennas need to be large (tall) to provide an effective radiated signal.
COST EFFECTIVE NAVTEX
However, there is a much lower-cost alternative for those stations without the space or budget for an MF NAVTEX system.
There is a NAVTEX channel at the low end of the HF band - 4209.5 kHz. This is intended to be used in tropical areas where high static levels render the MF channels ineffective.
Antennas for 4 MHz are significantly smaller, more efficient and cheaper than those for MF. This efficiency also means that a lower power transmitter can be used.
Pa
ge2
82
A 500w 4 MHz transmitter, combined with an efficient antenna, will provide equivalent coverage to an large high power MF system.
Because NAVTEX broadcasts are not transmitted continuously, the 4 MHz transmitter can be shared with other services, like radiotelephone.
We can design and install a cost effective 4 MHz NAVTEX service - either as part of an existing GMDSS station, or as a value-add to a new GMDSS network.
A typical HF NAVTEX system is less than a quarter the cost of an MF system.
Note that 4 MHz NAVTEX can only be used for national broadcasts at this time.
NAVTEX – este un sistem ce transmite mesaje de navigatie si siguranta a navigatiei,
prin teleimprimare radio.
Denumirea provine de la NAVIGATION TELEX. Acest sistem asigura informatii vitale,
mult mai rapide decat modificarile tiparite in diferite brosuri la hartile de navigatie.
Este un sistem automat care nu solicita atentia unui ofiter radio specializat.
Accesul la informatiile transmise este liber, nefiind necesare autorizarii sau taxe de
folosinta.
Sistemul foloseste fregventa de 518 Khz, acoperind o zona de circa 400 mile de coasta
(statie).pe aceasta frecventa transmit statiile de coasta NAVTEX, care lucreaza in lant,
informatii in limba engleza la intervale de timp bine stabilite in vederea evitarii
interferentei intre acestea (periodicitate de patru ore).
Receptorul are si facilitatea ca atunci cand nava naviga in afara zonei de 400 de mile,
pe o ruta de navigatie in largul oceanului, receptorul NAVTEX se poate cupla la un
receptor exterior de preferinta cu baleere de frecventa de unde scurte pe doua
frecvente in lucru a unei statii de coasta din zona ce transmite mesaje NAVAREAS.
Toate informatiile necesare in acest sens le gasim in nomenclatura statiilor de coasta \
servicii speciale si radio-reperaj ori in radio-signals vol.3.
Receptoarele NAVTEX au posibilitatea acceptarii mesajelor ce vor fi tiparite conform
unui cod (B1, B2, B3, B4) care apare in preambulul fiecarui mesaj, si a rejectarii
Pa
ge2
83
mesjelor ce nu contin informatii esentiale sigurantei navigatiei sau care au fost deja
receptionate.
Pentru a avea certitudinea ca navele dotate cu receptoare NAVTEX receptioneaza
informatiile de importanta vitala, receptoarele nu sunt in masura sa rejecteze avizele de
navigatie, avizele meteorologice, informatii de “cautare si salvare” tip A, B, D si L.
Utilizatorul sistemului poate alege tipul mesajelor si statiilor de coasta din zona ce le
transmit in functie de parcursul navei.
Formatul standard al unui mesaj NAVTEX este:
|(preambulul)| |(ora transmiterii)| |(text)| |(nnnn)|
Preambulul are forma (ZCZC B1 B2 B3 B4).
B1 |A-Z –caracterizeaza statia de coasta ce transmite
B2 |A-Z –caracterizeaza tipul mesajului
B3 B4 |00-99 –numarul mesajului
Data, ora, luna la care s-a efectuat transmiterea pot apare pe o linie separata.
151416 UTC MAR 13
(DATA/ORA/MIN) (LUNA/AN)
In incheiere se transmite NNNN. Aceasta confirma ca mesjul a fost corect receptionat si
nu va fi tiparit din nou (cu exceptia mesajelor numerotate 00 si a mesajelor tip A, B, D si
Statii de coasta NAVTEX
Globul a fost impartit in 16(21) NAVAREAS, fiecare din aceste zone continand un lant
de statii de coasta.
Intr-o anume NAVAREA (zona), statia de coasta ce transmite este identificata prin
caracterul B1 din preambulu mesajului care este o singura litera (A-Z).
Pentru a evita interpretarea eronata a statieie de coasta ce a transmis un mesaj, statiile
de casta ce au aceeasi litera de identificare sunt amplasate in zone geografice total
diferite.
1.4 Tipurile de mesaje
Informatia NAVTEX este grupata dupa subiectul abordat.
B2 este o litera folosita pentru a indica subiectul mesajului:
Pa
ge2
84
A: avize de navigatie
B: avize de furtuna
C: rapoarte despre gheturi
D: informatii de salvare si cautare
E: meteoare
F: mesaje de pilotaj
G: informatii despre sistemul de navigatie decca
H: informatii despre sistemul de navigatie loranc
I: informatii despre sistemul de navigatie omega
J: informatii despre sistemul de navigatie satnav
K: informatii despre alte sisteme electronice de navigatie
L: avize de navigatie-aditionale celor de la litera A
W, X, Y: servicii speciale-test
Z: nici un mesaj transmis
Mesajele tip A, B, D si L vor fi tipari intotdeauna. Restul sunt la optiunea navigatorului
sa le accepte sau rejecteze.
Navtex este un serviciu international automat de tiparire a informatiilor de siguranta maritima,
pentru nave maritime. Este o parte integranta a sistemului GMDSS si ofera un sistem ieftin in zona
costiera care da toate informatiile de siguranta atat pe nave comerciale cat si pe ambarcatiuni mici.
Cel mai simplu receptor incorporeaza o mica imprimanta ce tipareste informatiile pe o rola de
hartie, dar exista unitati disponibile in prezent care inregistreaza informatiile intr-un soft ce se poate
consulta ori de cate ori e nevoie. Sistemul international opereaza pe intreg globul pe frecventa de 518
Khz in limba engleza.
Receptorul de baza poate fi programat sa receptioneze anumite statii si anumite clase de mesaje,
dar anumite mesaje nu pot fi programate a nu se receptiona. Aceste mesaje sunt: mesaje de sinistru
maritim, cautare si salvare, avertismente de navigatie si de furtuni.
In unele tari exista o frecventa in care se transmit mesajele in limba nationala.
Navele obligate sa fie dotate cu NAVTEX si GMDSS trebuie sa aibe receptorul pe frecventa de
518 Khz conectat in mod continuu si optional un al doilea receptor pe frecveta nationala. Pe o nava pe
care SOLAS nu a prevazut NAVTEX aceasta trebuie sa aibe un receptor care sa receptioneze o singura
frecventa in orice moment. Utilizatorul poate schimba pe frecventa nationala de 490 Khz si apoi pentru un
buletin de informatii pe 518 Khz.
Pa
ge2
85
Navele carora li se impune sa fie dotate cu NAVTEX de catre regulamentul SOLAS trebuie sa
aiba receptor cu frecventa duala. Transmisiile NAVTEX sunt in general transmisii de rutina cu un timp
alocat de 10 minute la fiecare 4 ore. Insa in caz de pericol informatiile pot fi transmise in orice moment,
operatorul de la coasta intrerupand un eventual mesaj de rutina.
NAVTEX a fost inclus in noile reguli ale sistemului GMDSS. Toate transmisiile pe 518 Khz sunt in
limba engleza, iar pe frecventa de 490 Khz pot fi si in engleza sau in limba tarii care face transmisia.
Orice mesaj NAVTEX cuprinde informatii in header, de exemplu SE45 indica ca mesajul este transmis de
la statia Niton[S], si mesajul este o prognoza meteo[E]. Astfel inceputul mesajului indica ce statie
NAVTEX emite mesajul si de asemenea tipul mesajului. B1 reprezinta statia de provenienta a mesajului,
iar B2 ne da informatii despre continutul mesajului.
Sumarul transmisiilor NAVTEX pe frecventa de 518 Kh z din
U.K./ Irlanda/ Franta/ Belgia/ Olanda/ Germania/ No rvegia
Statie [B 1] Ora transmisiei Ora transmisiei
pentru prognoze meteo
Cross Corsen [A] - NW Franta 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 12:00
Niton [E] 00:40 04:40 08:40 12:40 16:40 20:40 00:40* 08:40 20:40
Cullercoats [G] 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00* 09:00 21:00
Niton [K] 01:40 05:40 09:40 13:40 17:40 21:40 -------------
Rogaland [L] – Norvegia 01:50 05:50 09:50 13:50 17:50 21:50 01:50 13:50
Portpatrick [O] 02:20 06:20 10:20 14:20 18:20 22:20 02:20* 06:20 18:20
Ijmuiden [P] 02:30 06:30 10:30 14:30 18:30 22:30 02:30 14:30
Malin Head (Republica Irlanda) [Q] 02:40 06:40 10:40 14:40 18:40 22:40 10:40 22:40
Ostend [T] – Belgia 03:10 07:10 11:10 15:10 19:10 23:10 07:10 19:10
Valentia (Republica Irlanda) [W] 03:40 07:40 11:40 15:40 19:40 23:40 07:40 11:40 19:40 23:40
Tipul transmisiilor [B2]
Pa
ge2
86
B2
Continutul transmisiei Itemi ingrosati nu pot fi refuzati de catre recepto r
A Avertismente de navigatie
B Avertismente meteo
C Ghetari
D Informatii de cautare si salvare
E Prognoze meteo
F Servicii de pilotaj
G Nefolosibil in apele europene dar folosit in alte zone pentru mesaje DECCA
H Mesaje LORAN
I Disponibil la cerere
J Mesaje SATNAV
K Alte mesaje electronice Navaid (mesaje privind sistemele radio de navigatie)
L Subfacts/Gunfacts (pentru UK) – recomandabil a nu respringe aceasta clasa de mesaje in apele britanice
V Amplificarea avertismentelor de navigatie anuntate initial in categoria A
Pe un receptor standard NAVTEX compatibil cu regulamentul GMDSS trebuie sa nu existe
posibilitatea de a refuza un mesaj [B2] ca de exemplu A (avertismente de navigatie), B (avertismente
meteo), D (informatii de cautare si salvare), H (mesaje LORAN) si I (alte mesaje).
Serviciul NAVTEX pe 490 Khz Unele tari utilizeaza frecventa de 490 Khz pentru a transmite mesaje suplimentare in limba
nationala.
Statia [B1 ] Ora transmisiei Prognozele in apele interioare
Niton [I]
Cullercoats [U]
Portpatrick [C]
Receptia transmisiilor Navtex NAVTEX este un sistem de transmisie in unde medii care sunt destul de
Avertismentele de furtuna pe 518 Khz ofera un serviciu meteo complet pe mare fiecare buletin incluzand
si zonele in care sunt furtuni. Pe navele ce naviga pana in 12 mile departare de tarm serviciul pe
frecventa de 490 Khz este suficient pentru situatia meteo in zona costiera.
Posibilitatile NAVTEX Prin conectarea NAVTEX la GPS se poate printa pozitia navei, drumul acesteia si viteza la
intervale stabilite si de asemenea se poate elimina rece
poate alege dintre toate statiile pe cea mai apropiata. Receptorul NAVTEX poate avea incorporat un
sistem GPS, informatia primita incluzand:
● pozitia navei;
01:20 05:20 09:20 13:20 17:20 21:20
03:20 07:20 11:20 15:20 19:20 23:20
00:20 04:20 08:20 12:20 16:20 20:20
Receptia transmisiilor Navtex
NAVTEX este un sistem de transmisie in unde medii care sunt destul de slabe in golfuri si porturi.
Avertismentele de furtuna pe 518 Khz ofera un serviciu meteo complet pe mare fiecare buletin incluzand
si zonele in care sunt furtuni. Pe navele ce naviga pana in 12 mile departare de tarm serviciul pe
suficient pentru situatia meteo in zona costiera.
Formatul unui mesaj NAVTEX
Posibilitatile NAVTEX
Prin conectarea NAVTEX la GPS se poate printa pozitia navei, drumul acesteia si viteza la
intervale stabilite si de asemenea se poate elimina receptia unor statii indepartate mai ales noaptea. Se
poate alege dintre toate statiile pe cea mai apropiata. Receptorul NAVTEX poate avea incorporat un
sistem GPS, informatia primita incluzand:
Pa
ge2
87
05:20 17:20
07:20 19:20
08:20 20:20
slabe in golfuri si porturi.
Avertismentele de furtuna pe 518 Khz ofera un serviciu meteo complet pe mare fiecare buletin incluzand
si zonele in care sunt furtuni. Pe navele ce naviga pana in 12 mile departare de tarm serviciul pe
Prin conectarea NAVTEX la GPS se poate printa pozitia navei, drumul acesteia si viteza la
ptia unor statii indepartate mai ales noaptea. Se
poate alege dintre toate statiile pe cea mai apropiata. Receptorul NAVTEX poate avea incorporat un
Pa
ge2
88
● drumul adevarat si viteza navei prin apa;
● distanta parcursa;
● viteza si directia vantului;
● adancimea apei;
● data si ora;
Atunci cand se conecteaza pentru prima data sistemul acesta va receptiona toate statiile si toate
tipurile de mesaje transmise. Acest numar foarte amre de informatii trebuie redus prin conectarea
sistemului GPS.
Panoul de control al receptorului NAVTEX contine:
● butonul F – pentru introducerea hartiei;
● butonul N – pentru setarile meniu;
● butonul Y – punerea imprimantei in mod stand-by;
● butonul P – alimentare;
Ledurile: PWR ON - sistemul este in functiune;
SBY ON - mod stand-by si mesaje RX;
NAVTEX are un sistem intern de conectare si de logare si de primire a mesajelor dupa
urmatoarele reguli:
● daca un mesaj este receptionat cu o rata a erorii mai mica de 33% va fi printat doar daca nu a
mai fost printat cu o eroare mai mica in ultimele 72 de ore;
● daca un mesaj a fost printat cu o rata a erorii mai mica de 4% atunci nu va mai fi reprintat in
timp de 72 de ore chiar daca este receptionat din nou cu o rata a erorii mai scazuta;
Daca un mesaj este cerut a fi printat dupa ce a fost deja receptionat si printat deja odata, atunci
sistemul de logare necesita sa fie golit.
Sistemul NAVTEX se alimenteaza de al o tensiune continua intre 10 si 30 de volti si se porneste
apasand butonul P, ledul “PWR” se va aprinde si sistemul va emite un sunet lung urmat de doua sunete
mai scurte si apoi va printa parametrii de functionare.
Pa
ge2
89
OBSERVATIE: Dupa instalare poate trece o perioada de maxim 4 ore pana la primirea primului mesaj.
Acest lucru nu inseamna ca aparatul nu a functionat.
Setarea NAVTEX
Se apasa bunotul N pentru initializarea procedurii. Apoi aparatul cere frecventa pe care va
functiona.
Setarea pe frecventa de 518 Khz:
● se va obtine o printare a setarilor curente pentru frecventa selectata; pentru confirmarea
frecventei se apasa butonul Y iar pentru modificare se apasa butonul N;
● daca butonul N a fost apasat fiecare item este printat la rand pentru acceptare sau pentru
modificare;
● receptionarea celei mai apropiate statii; se apasa butonul Y pentru confirmare sau N pentru
schimbare si noua setare este afisata;
● selectarea statiei; cand setarea este afisata, se confirma cu Y sau se schimba cu N, existand
26 optiunipentru fiecare litera a alfabetului. Sunt necesare 26 de tastari pentru fiecare litera iar apoi Y
pentru confirmare sau N pentru modificare.
Pa
ge2
90
Nota: De exemplu pentru statia S se vor executa 18 tastari Y pentru confirmare si apoi N de 7 ori.
● categorii de mesaje; cand setarea este printata se tasteaza Y pentru confirmare sau N pentru
schimbare, daca se apasa N atunci mai multe categorii de mesaje vor fi selectate si exista 26 de optiuni
pentru fiecare litera a alfabetului, apoi Y pentru confirmare si N pentru schimbare.
● intervalul de logare; cand setarea este printata se apasa Y pentru confirmare si N pentru
schimbare optiunile fiind: - oprit;
- 15 minute;
- 30 minute;
- o ora;
- 6 ore;
- 12 ore;
apoi se tasteaza Y pentru confirmare sau N pentru schimbare.
● puncte de referinta; cand setarea este printata se tasteaza Y pentru confirmare sau N pentru
schimbare. Inainte de selectare trebuie asigurata conecatrea GPS-ului.
● stergerea mesajelor de logare; se apasa Y pentru stergerea listei mesajelor printate anterior
sau N pentru mentinerea ei. Daca se apasa Y sistemul va fi pregatit pentru printarea mesajelor cu acelasi
identificator si acelasi numar de serie de inainte de perioada de 72 de ore.
Incarcarea hartiei Cand se termina hartia sistemul va emite un sunet care va indica acest lucru, care mai intai a fost
semnalizat prin linii rosii printate. Daca hartia se sfarseste in mijlocul printarii unui mesaj, mesajul nu se
pierde. Pentru a indeparta ramasitele de hartie:
- se deschide capacul de incarcare;
- se rupe banda care intra in aparat;
- se scoate rola consumata;
- se scoate axul de plastic din interiorul rolei consumate;
- se apasa F pentru ca imprimanta sa elimine hartia;
Nota: Nu se trage hartia pentru a nu se avaria aparatu.
Pa
ge2
91
- se aseaza noua rola cu hartia iesind de sus in jos inspre operator;
- se monteaza axul in locas;
- se introduce hartia pe deasupra lamelei de otel;
- se mentine F apasat pana cand ce hartia iese din aparat;
Nota: este necesar ca marginea hartiei sa fie taiata drept si hartia sa fie uscata.
Pa
ge2
92
Logarea tipica GPS O logare tipica a GPS printata arata in felul urmator:
Este indicata pozitia navei la momentul printarii cu viteza navei si drumul adevarat din directia la
nordul adevarat.
● drumul adevarat indicat de T;
● GROUND – este viteza navei deasupra fundului;
Un sistem integrat GPS NAVTEX poate afisa:
● pozitia navei la momentul printarii;
● drumul adevarat (T);
● drumul magnetic dat de (M);
● GROUND – viteza deasupra fundului;
● WATER – viteza navei prin apa;
● LOG – distanta totala parcursa;
● WIND – viteza vantului si directia;
● DEPTH – adancimea data de sonda ULTRASON;
La prima functionare a aparatului functia de logare este oprita. Logarea pozitiei se poate seta sa
printeze la intervale de 15 sau 30 de minute sau o ora, 3 ore, 6 ore, 12 ore.
Sistemul se va opri automat cand nava se afla la tarm sau la ancora. Acest lucru are loc datorita
faptului ca GPS-ul nu mai sesizeaza modificari ale pozitiei navei. Printarea se va relua odata cu
deplasarea navei cu mai mult de 1 nm. Daca printarea continua si la ancora caracteristica “selective
availability” a sistemului GPS produce o variatie a pozitiei navei.
Modul silentios Se poate selecta fara a pierde mesajul.
● se apasa tasta Y si led-ul STBY se va aprinde. Din acest moment toate mesajele se vor
memora.
Pa
ge2
93
● se apasa tasta Y o data pentru a opri modul stand-by si pentru a printa noile mesaje;
Nota: Daca se va transmite un mesaj din categoria D (cautare/salvare) alarma va suna si sistemul va
trece automat in sistem normal.
Cand sistemul se gasete in modul silentios mesajele sunt retinute in memorie in linii de aproximativ
300, la depasirea acestei limite sistemul va trece in regim normal de functionare.
Alarme Alarma va suna in urmatoarele situatii:
● s-a terminat hartia;
● bateria descarcata (mai putin de 9v);
● mesaj de tip D;
● imprimanta blocata;
Nota: Alarma se va opri dupa rezolvarea problemei si apasarea tastei Y.
Resetare standard Aceasta va sterge toate setarile utilizatorului.
● se opreste sistemul;
● se mentine apasat Y si se apasa si P;
● dupa un timp scurt se elibereaza P si apoi Y;
Nota: Va urma un bip lung ce va semnaliza setarea.
Raportarea mesajelor Daca rata erorii este mai mare de 40% mesajul nu se logheaza.
Respringerea mesajelor NAVTEX Un mesaj selectat pentru printare este resprins datorita unei erori mai amri de 33%.
Montarea aparatului Sistemul nu se va monta in zone unde este umezeala sau expunerea la soare.
Pa
ge2
94
● se va monta prin simpla insurubare in perete;
● cablurile trebuiesc protejate la smulgere;
Instalatia electrica
Sistemul se alimenteaza de la 12 sau 24 volti continuu si un curent de intensitate 2 amperi. Se va
monta un circuit de siguranta in serie pentru un curent maxim de 2,5 amperi (siguranta fuzibila). Pentru
alimentare se vor utiliza cabluri de culoare rosie si neagra.: rosu pentru borna pozitiva (12 - 24 volti
curent continuu) si negru la borna negativa (0 volti).
Nota: A se verifica toate conexiunile inainte de pornirea aparatului.
Este posibil ca sistemul sa aiba nevoie de un redresor pentru transformarea curentului alternativ in
curent continuu.
Conectarea aparatului Se identifica fiecare conexiune.
Pa
ge2
95
● pinul 1 e localizat la marginea carcasei;
● bateria trebuie sa fie intre 10 si 30 de volti curent continuu;
Nota: O legare la pamant este necesara intre pinul 2 si baterie (pin 7)
● exista posibilitatea sa fie necesara a se scoate legatura de la pamant daca nava are o baterie
izolata legata ea insasi la pamant. In acest caz un conductor de 0,1 µF trebuie conectat intre pinul 2 si
pinul 7 be blocul de conectare pentru a atenua interferentele de la motoarele electrice.
Conexiuni NMEA Receptorul de GPS trebuie sa fie capabil sa ofere cel putin:
RMC
sau
GGA si VTG
sau
GLL si VTG
Sistemele mai vechi pot fi folosite daca ZDA si VTG sunt oferite suplimentar fata de GLL.
Navigatia integrata Propozitiile din NMEA sunt:
Propozitie Descriere
VLW Distanta parcursa
VHW Viteza prin apa si drumul magnetic
MWV, VWR Viteza si directia vantului
Pa
ge2
96
DBT Adancimea apei
WPL Printarea punctelor de referinta
Interfata NMEA poate fi testata punand sistemul in modul NMEA astfel:
● se apasa tasta Y rapid de trei ori;
● sistemul va incepe sa ticaie;
● pentru a anula testul se opreste si apoi se reporneste sistemul;
Instalarea antenei ● ANT4W – antena pasiva;
Este potrivita pentru barci mici si are 10 metrii de cablu coaxial.
● NAV-ACTIV – antena activa de banda larga;
Este executata din inox potrivita pentru nave mai mari cu motor ce necesita amplasare inalta si
prindere sigura, se alimenteaza de la o sursa de curent continuu si poseda 20 metri de cablu.
● transformator suport BB-1;
Acest lucru permite folosirea unui suport izolator pe post de antena, desi acest lucru nu este
practic posibil daca se va folosi si pentru transmisii. Suportul BB-1 trebuie folosit la un standard de 6m+
de inele izolatoare la fel ca si antena actuala. BB-1 contine 15 metri de cablu.
Instalarea antenei ANT4W Aceasta antena trebuie montata atat departe de alte metale cat si de alte antene, iar fixarea sa
trebuie sa fie suficient de rezistenta. Se va monta pe un soclu sau cu o clema adecvata.
Pa
ge2
97
● antena se monteaza intr-o pozitie ridicata libera de alte obstacole;
● alte metale sau antene trebuie montate in afara conului;
● cablul coaxial va trece prin plafonul hidroizolat si se va conecta in sistem;
● centrul cablului se va conecta la pinul 1 si exteriorul acestuia la pinul 2;
● pentru prelungire se pot utiliza cabluri VHF de 50 ohmi coaxiale asigurate impotriva vibratiilor;
Testarea antenei
● se porneste sistemul; ● se tine apasat F si se porneste apasand P;
● dupa un timp se elibereaza P si apoi F;
● dupa ce testele sunt efectuate operatunea
se incheie prin tiparirea mesajului;
● rezistenta capului trebuie sa fie aceeasi cu
cea marcata pe imprimanta;
● sensorul de hartie poate recunoaste
prezenta sau absenta hartiei;
● RXA-I si RXA-Q testeaza canalele
receptorului;
● liniile pentru CPU si RAM testeaza procesorul si memoria;
● liniile ROM si ROMDATE se pot schimba cu liniile produsului imbunatatit;
● ultimele 3 linii sunt pentru test;
Pa
ge2
98
Pa
ge2
99
Pa
ge3
00
Pa
ge3
01
Pa
ge3
02
Pa
ge3
03
Pa
ge3
04
Pa
ge3
05
Pa
ge3
06
Pa
ge3
07
Pa
ge3
08
Pa
ge3
09
Pa
ge3
10
Pa
ge3
11
Pa
ge3
12
Pa
ge3
13
Pa
ge3
14
Pa
ge3
15
Pa
ge3
16
Pa
ge3
17
Pa
ge3
18
Pa
ge3
19
Pa
ge3
20
Pa
ge3
21
Pa
ge3
22
Pa
ge3
23
Pa
ge3
24
Pa
ge3
25
Pa
ge3
26
Pa
ge3
27
Pa
ge3
28
Pa
ge3
29
Pa
ge3
30
Pa
ge3
31
Pa
ge3
32
Pa
ge3
33
http://www.icselectronics.co.uk/support/kb/demo-video navtex-video
Pa
ge3
34
Pa
ge3
35
Unitate de invatare nr.8.
EPIRB, PLB, SART, MOB
Cuprins
8.1. EPIRB, PLB, SART, MOB in navigatie
8.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de invatare nr.8.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul EPIRB, PLB, SART, MOB in navigatie;
8.1. EPIRB, PLB, SART, MOB in navigatie
Pa
ge3
36
Pa
ge3
37
Pa
ge3
38
Pa
ge3
39
Pa
ge3
40
Pa
ge3
41
Pa
ge3
42
Pa
ge3
43
Pa
ge3
44
Pa
ge3
45
Pa
ge3
46
Pa
ge3
47
Pa
ge3
48
Pa
ge3
49
Pa
ge3
50
Pa
ge3
51
Pa
ge3
52
Pa
ge3
53
Pa
ge3
54
Pa
ge3
55
Pa
ge3
56
Pa
ge3
57
Pa
ge3
58
Pa
ge3
59
Pa
ge3
60
Pa
ge3
61
Pa
ge3
62
Pa
ge3
63
Pa
ge3
64
http://www.jotron.com/Artikkel/EPIRB/Tron-60SGPS---NEW/10002739.php
Pa
ge3
65
Pa
ge3
66
Pa
ge3
67
Unitate de invatare nr.9.
RADIOGONIOMETRUL
Cuprins
9.1. RADIOGONIOMETRUL in navigatie
9.2. Echipamente
Obiectivele Unitatii de invatare nr.9.
• Familiarizarea cu obiectul de studiu;
• Rolul RADIOGONIOMETRULUI in navigatie;
9.1. RADIOGONIOMETRUL in navigatie
Radio Direction Finders
The 6000 series radio direction finders provide microprocessor control for enhanced signal processing and remote control. These units are especially suited for remote site operation where multiple bearings are required for triangulation. A Windows based software program is provided with the unit that permits lines of bearing to be displayed on a map in realtime.
DDF6092/6095/6097 Fixed-site antennas
These fixed site antennas contain the RF summing electronics in a sealed central hub. Elements are located at the end of eight arms rigidly connected to the hub.
• Number of elements: eight
• Electronic summer: built into sealed hub assembly.
• Elevation/depression: operates at up to 45 degrees vertical angle of arrival.
• Wind speeds: resists speeds of up to 45 m/S (100mph).
• Materials and finishes: corrosion resistant throughout.
• Frequency range: the 3 models cover the range 125 to 1000 MHz.
• Center frequency and bandwidth: see table.
• Cable lengths available: any multiple of 7.6 m (25 ft) up to 91.5m (300 ft).
• Dimensions and weight: see table.
These antenna are normally provided with flexible whip type elements that are tuned to the nominal frequencies listed in the table below. If operation at a different center frequency is desired, please specify it at the time of order.
Pa
ge3
68
All single band antennas are supplied with a 1.5 m (5 ft) mast that can be clamped to the top of the tower or other extension mast.
DDF6050 Two Antenna Stacking Hardware
The DDF6050 permits stacking two fixed site antennas at a DDF6001 site. The following antenna pairs can be accommodated:
A heavy duty lower mast replaces the standard mast on the lower antenna, and coupling hardware and masts are used to connect the lower antenna to the upper one. A vertical separation of 0.94 m (37.3 in.) is provided between the two antenna hubs.
DDF6040 Three Antenna Stacking Hardware
Three fixed site antennas may be stacked on a single mast using this hardware. The antennas which may be stacked are:
A heavy duty lower mast replaces the standard mast on the lower antenna, and coupling hardware and masts are used to connect the lower antenna to the middle one and the middle antenna to the upper one.. A vertical separation of 0.94 m (37.3 in.) is provided between the lower and middle antenna hubs. The vertical separation is 0.46 m (18 in.) between the upper and middle antenna hubs.
DDF6079 Three Antenna Remote Switch
This switch connects to three fixed site antennas and is used to remotely switch both the control and the coax cables. The DDF6079 may also be manually operated. LEDs indicate the switch status.
The unit includes a 15 conductor control cable for connection to J8, a stereo cable for connection to J9 and a BNC-BNC coax cable for connection to the receiver. All cables are 1.8 m (6 ft) long.
DDF5980 RF Summer
The DDF5980 is a magnetically mounted sealed assembly used to combine four antenna inputs when used in mobile operation. It is held to the vehicle's roof with a strong magnet.
• Accuracy (with antenna): 5 degrees (1 sigma)
• Cable length: 3.66m (12 ft.)
• Dimensions: (HxWxD) 102x102x38mm (4x4x1.5 in.)
• Weight: 0.77 kg (1.7 lb.)
DDF6061 and 6062 Mobile Antennas
These antennas are sets of four matched, magnetically mounted quarter-wavelength whips, which are arranged in a square pattern 1/8 to 1/4 wavelength on a side. The whip elements themselves may be ordered separately so that the same magnetic mounted bases can be used from 88 to 500 MHz.
• Cable length: 1.83m (6 ft).
• Connectors: TNC.
• Frequency range: see table below
Model 6092 6095 6097
Frequency Range MHz 125-250 250-500 500-1000
Standard Center Frequency MHz 150 450 860
Bandwidth MHz 25 (+/-12.5) 100 (+/-50) 150 (+/-75)
Array Diameter mm (in.) 797 (31.37) 403 (15.87) 200 (7.87)
Element Length mm (in.) and type 889 (35.0) Dipole 305 (12.0) Dipole 73 (2.87) Monopole
Weight kg (lb.) 6.6 (14.5) 3.5 (7.8) 2.5 (5.6)
Upper Antenna DDF6097 DDF6097 DDF6095
Lower Antenna DDF6095 DDF6092 DDF6092
Upper Antenna DDF6097
Middle Antenna DDF6095
Lower Antenna DDF6092
Pa
ge3
69
DDF5947 Mobile Antenna
The serial expander is used to connect up to three wireline modems to the COM port on the PC. (It is not required when using a radio modem). The unit includes a 9 VDC wall power supply ( in North America) and a DE9 cable for connection to the PC's COM port. The block diagram below shows a typical application where three remote DDF6001's are connected using dial up or leased telephone lines.
Model Frequency Range (MHz) Part Number of Whip
DDF6061 88 to 136 MHz Q-88
DDF6062 136 to 500 MHz Q
Pa
ge3
70
Pa
ge3
71
There are two common technical approaches to radio direction finding; one approach involves the use of directional antennas, and the other exploits the effects of Doppler shift. Directional antennas are designed to be more sensitive to received signals in some directions than in others. When turning such as antenna around in various directions, a signal being received will either increase or decrease in strength. All other things being equal, the direction in which the signal is strongest is the likely direction in which the radio transmitter is located. The movement of the antenna and the determination of the peak signal strength can be made by a human operator or can be done automatically by electronics. Another technique for radio direction finding exploits properties of Doppler shift. Fixed antennas are deployed in a precise geometric pattern and an electronics system switches between the antennas very rapidly. By computing the amount of Doppler shift present on the signal from antenna to antenna, a direction to the signal source can be computed.
At ground level, both of these techniques can suffer from anomalies of radio propagation. Common potential problems include reflections or multi-path. In a multi-path situation, the radio signal may be arriving at the antenna or antennas from multiple directions, perhaps because the signal is reflecting off nearby buildings, hills, or metal structures such as fences. The strongest signal may, in fact, be coming from a reflection rather than the direct path, especially if the direct path includes terrain features that might attenuate the signal. This can result in false directional readings. These effects are largely irrelevent for airborne radio direction finders.
Usage in navigation
Due to radio's ability to travel very long distances over the horizon, it makes a particularly good navigation system for ships and aircraft that might be travelling at long distances from land. Radio direction finder, or RDF, is a term used to describe a navigational device for finding the direction to a radio transmitter source. RDF was once the primary form of aircraft navigation, and strings of beacons were used to form "airways" from airport to airport. In the 1950s, these systems were generally being replaced by the VOR system, in which the angle to the beacon can be measured from the signal itself, with no moving parts. Since the signal being broadcast in the RDF system is non-directional, these older beacons were referred to as non-directional beacons, or NDB in the aviation world. Today, all such systems are being generally removed in favour of the much more accurate and user-friendly GPS system.
Usage in disaster response
There are many forms of radio transmitters designed to transmit as a beacon in the event of an emergency. Emergency Locator Transmitters, for example, are widely deployed on civil aircraft. Modern emergency beacons transmit not just a simple distress indication, but a unique identification signal and even location information (often based on GPS) that can aid in finding the exact location of the transmitter. Not all older emergency beacon transmitters are so sophisticated, however, and even those that are might malfunction during emergency situations. The ability to locate the position of emergency beacon transmitters is still a skill taught, practiced, and used by civil defense and military authorities.
Pa
ge3
72
Usage in wildlife tracking
Location of radio-tagged animals by triangulation is a widely applied research technique for studying the movement of animal species. The technique was first used in the early 1960s, when the technology used in radio transmitters and batteries made them small enough to attach to wild animals, and is now widely deployed for a variety of wildlife studies. Most tracking of wild animals that have been affixed with radio transmitter equipment is done by a field researcher using a handheld radio direction finding device. When the researcher wants to locate a particular animal, the location of the animal can be triangulated by determining the direction to the transmitter from several locations.
Usage in sport
Events hosted by groups and organizations that involve the use of radio direction finding skills to locate transmitters at unknown locations have been popular since the end of World War II. Many of these events were first promoted in order to practice the use of radio direction finding techniques for disaster response and civil defense purposes, or to practice locating the source of radio frequency interference. Radio direction finding has flourished in several forms as a recreational activity on its own. The most popular form of the sport, worldwide, is known as Amateur Radio Direction Finding or by its international acronym ARDF. ARDF competitions take place in diverse wooded terrain and combine radio direction finding skills with the land navigation skills promoted by the sport of orienteering. Another form of the activity, known as "transmitter hunting", "mobile T-hunting," or "fox hunting" takes place in a larger geographic area, such as the metropolitan area of a large city, and most participants travel in motor vehicles while attempting to locate one or more radio transmitters with radio direction finding techniques.
There are several traditions of navigation . In the pre-modern history of human migration and discovery of new lands by navigating the oceans, a few peoples have excelled as sea-faring explorers. Prominent examples are the Phoenicians, the Ancient Greeks, the Malays, the Persians, Arabians, the Norse and, perhaps more than any others, the peoples of the Pacific Ocean, particularly Polynesians and Micronesians.
Polynesian navigation
The Polynesian navigators routinely crossed thousands of miles of open ocean, to tiny inhabited islands, using only their own senses and knowledge, passed by oral tradition, from navigator to apprentice.
In Eastern Polynesia, navigators, in order to locate directions at various times of day and year, memorized extensive facts concerning:
• the motion of specific stars, and where they would rise and set on the horizon of the ocean
• weather
• times of travel
• wildlife species (which congregate at particular positions)
• directions of swells on the ocean, and how the crew would feel their motion
Pa
ge3
73
• colors of the sea and sky, especially how clouds would cluster at the locations of some islands
• angles for approaching harbors
These, and outrigger canoe construction methods, were kept as guild secrets. Generally each island maintained a guild of navigators who had very high status, since in times of famine or difficulty, only they could trade for aid or evacuate people. The guild secrets might have been lost, had not one of the last living navigators trained a professional small boat captain so that he could write a book.
The first settlers of the Hawaiian Islands were said to have used these navigation methods to sail to the Hawaiian Islands from the Marquesas Islands. In 1973, the Polynesian Voyaging Society was established in Hawaii to research Polynesian navigation methods. They built a replica of an ancient double-hulled canoe called the Hokule'a, whose crew, in 1976, successfully navigated the Pacific Ocean from Hawaii to Tahiti using no instruments.
• Wayfinding Summary
• Wayfinding Main Page
Western navigation
Modern methods
There are several different branches of navigation, including but not limited to:
• celestial navigation - navigation by observation of the sun, moon and stars
• pilotage - using visible natural and man made features such as sea marks and beacons
• dead reckoning - using compass and log to monitor expected progress on a journey
• waypoint navigation - using electronic equipment such as radio navigation and satellite navigation system to follow a course to a waypoint
• position fixing - determining current position by visual and electronic means
• collision avoidance using radar
Knowing the ship's current position is the main problem for all navigators. Early navigators used pilotage, relying on local knowledge of land marks and coastal features, forcing all ships to stay close to shore. The magnetic compass allowing a course to be maintained and estimates of the ship's location to be calculated. Nautical charts were developed to record new navigational and pilotage information for use by other navigators. The development of accurate systems for taking lines of position based on the measurement of stars and planets with the sextant allowed ships to navigate the open ocean without needing to see land marks.
Later developments included the placing of lighthouses and buoys close to shore to act as marine signposts identifying ambiguous features, highlighting hazards and pointing to safe channels for ships approaching some part of a coast after a long sea voyage. The invention of the radio lead to radio beacons and radio direction finders providing
Pa
ge3
74
accurate land-based fixes even hundreds of miles from shore. These were made obsolete by satellite navigation systems.
Traditional maritime navigation with a compass uses multiple redundant sources of position information to locate the ship's position. A navigator uses the ship's last known position and dead reckoning, based on the ship's logged compass course and speed, to calculate the current position. If the set and drift, due to tide and wind, can be determined, an estimated position can also be calculated.
Periodically, the navigator needs to confirm the accuracy of the dead reckoning or estimated position calculations using position fixing techniques. This is done by correctly identifying reference points and measuring their bearings from the ship. These lines of position can be plotted on a nautical chart, with the intersection being the ship's current location. Addition lines of position can be measured in order to validate the results taken against other reference points. This is known as a fix.
Celestial navigation systems are based on observation of the positions of the Sun, Moon and stars relative to the observer and a known location. Anciently the home port was used as the known location, currently the Greenwich Meridian or Prime Meridian is used as the known location for celestial charts.
Navigators could determine their latitude by measuring the angular altitude of Polaris any time that it was visible (excepting, of course, in those southern latitudes from where it cannot be observed). Determining latitude by the sun was a little more difficult since the sun's altitude at noon during the year changes for a given location.
Calculating the anticipated altitude of the sun for a given day and known position is done easily using Calculus. However, prior to the development and formulation of its key principles in the latter part of the 17th century by Isaac Newton and Gottfried Leibniz, tables of the sun's altitude during the year for a known port were used. The sun's angle over the horizon at noon was measured, and compared to the known angle at the same date as the known port. Local noon is easily determined by recording periodic readings of the altitude of the sun. Since periodic readings of the altitude will plot a sine wave, the maximum reading is the one used for local noon.
Longitude is calculated as a time difference between the same celestial event at different locations. Noon was an easy event to observe. Local noon is determined while shooting the azimuth as described above. The time of the maximum altitude is easily determined by interpolating between periodic readings. The time of noon at the known location is carried by the navigator on an accurate clock. Then the local time of local noon is observed by the navigator. The difference of longitude is determined knowing that the sun moves to the west at 15 degrees per hour.
The need for accurate navigation led to the development of progressively more accurate clocks. Once accurate clocks were available, detailed tables for celestial bodies were created so that navigational activities could take place anytime during the day or night, rather than at noon.
In modern celestial navigation, a nautical almanac and trigonometric sight-reduction tables permit navigators to measure the Sun, Moon, visible planets or any of 57 navigational stars at any time of day or night. From a single sight, a time within a second and an estimated position, a position can be determined within a third of a mile
Pa
ge3
75
(500 m).
Conceptually, the angle to the celestial object establishes a ring of possible positions on the surface of the Earth. A second sighting on a different object establishes an intersecting ring. Usually the navigator knows his position well enough to pick which of the two intersections is the current position. The math required for sight reduction is simple addition and subtraction, if sight-reduction tables are available. The numerous celestial objects permit navigators to shoot through holes in clouds. Most navigation is performed with the sun and moon.
Accurately knowing the time of an observation is important. Time is measured with a chronometer, a quartz watch or a shortwave radio broadcast from an atomic clock.
A quartz wristwatch normally keeps time within a half-second per day. If it is worn constantly, keeping it near body heat, its rate of drift can be measured with the radio, and by compensating for this drift, a navigator can keep time to better than a second per month.
Traditionally, three chronometers are kept in gimbals in a dry room near the center of the ship, and used to set a watch for the actual sight, so that the chronometers themselves do not risk exposure to the elements. Winding the chronometers was a crucial duty of the navigator.
The angle is measured with a special optical instrument called a "sextant." Sextants use two mirrors to cancel the relative motion of the sextant. During a sight, the user's view of the star and horizon remains steady as the boat rocks. An arm moves a split image of the star relative to the split image of the horizon. When the image of the star touches the horizon, the angle can be read from the sextant's scale. Some sextants create an artificial horizon by reflecting a bubble. Inexpensive plastic sextants are available, though they have less accuracy than the more expensive metal models.
The LORAN system is based on measuring the phase shift of radio waves sent simultaneously from a master and slave station. Signals from these two point establish a hyperbolic curve for possible positions. A third source along with dead-reckoning will generally resolve to a single position.
GPS uses 3D trilateration based on measuring the time-of-flight of radio waves using the well-known speed of light to measure distance from at least three satellites. This can be accomplished using low-cost quartz clocks because the satellites send time correction signals to the GPS receivers.
History
In the West, navigation was at first performed exclusively by dead-reckoning , the process of estimating one's present position based on the navigators' experience with wind, tide and currents.
Most sailors have always been able find absolute north from the stars, which currently rotate around Polaris, or by using a dual sundial called a diptych.
When combined with a plumb bob, some diptychs could also determine latitude. Basically, when the diptych's two sundials indicated the same time, the diptych was aligned to the current latitude and true north.
Pa
ge3
76
/wiki/Image:Compass_thumbnail.jpg /wiki/Image:Astrolab.JPGAstrolabe
Around 400, metallurgy allowed construction of astrolabes graduated in degrees, which replaced the wooden latitude instruments for night use. Diptychs remained in use during the day, until shadowing astrolabes were constructed.
After Isaac Newton published the Principia, navigation was transformed. Starting in 1670, the entire world was measured using essentially modern latitude instruments and the best available clocks.
In 1730 the sextant was invented and navigators rapidly replaced their astrolabes. A sextant uses mirrors to measure the altitude of celestial objects with regard to the horizon. Thus, its "pointer" is as long as the horizon is far away. This eliminates the "cosine" error of an astrolabe's short pointer. Modern sextants measure to 0.2 minutes of arc, an error that translates to a distance of about 0.2 nautical miles (400 m).
At first, the best available "clocks" were the moons of Jupiter, and the calculated transits of selected stars by the moon. These methods were too complex to be used by any but skilled astronomers, but they sufficed to map most of the world. A number of scientific journals during this period were started especially to chronicle geography.
Later, mechanical chronometers enabled navigation at sea and in the air using relatively unskilled procedures.
In the late 19th century Nikola Tesla invented radio and direction-finding was quickly adapted to navigation. Up until 1960 it was commonplace for ships and aircraft to use radio direction-finding on commercial stations in order to locate islands and cities within the last several miles of error.
Around 1960, LORAN was developed. This used time-of-flight of radio waves from antennas at known locations. It revolutionized navigation by permitting semiautomated equipment to locate geographic positions to less than a half mile (800 m). An analogous system for aircraft, VHF omnidirectional range and DME, was developed around the same time.
At about the same, TRANSIT, the first satellite-based navigation system was developed. It was the first electronic navigation system to provide global coverage.
Other radionavigation systems include:
• Decca
• Omega, a longwave system developed by the United States Navy
• Alpha, a longwave system developed by the Soviet Union
In 1974, the first GPS satellite was launched. The GPS system now permits accurate geographic location with an error of only a few metres, and precision timing to less than a microsecond. GLONASS is a positioning system launched by the Soviet Union. It relies on a slightly different geodesic model of the Earth. Galileo is a competing system, that will be placed into service by the European Union.
"Point" measure of direction
A "point" is defined as one eighth of a right angle, and therefore equals exactly 11.25 degrees. For example, a bearing of northwest by north differs by one point from a
Pa
ge3
77
northwest bearing, and by a point from a north-northwest one.
A radio direction finder , or RDF, is a device for finding the direction to a radio source. Due to radio's ability to travel very long distances "over the horizon", it makes a particularly good navigation system for ships and aircraft that might be flying at a distance from land.
Introduction
RDF's work by pointing a directional antenna in "various directions" and then listening for the direction in which the signal from a known station comes through most strongly. This sort of system was widely used in the 1930s and 1940s. RDF antennas are particularly easy to spot on German World War II aircraft, as loops under the rear section of the fuselage, whereas most US aircraft enclosed the antenna in a small teardrop-shaped fairing.
Method of Operation
In more recent times the task of finding the signal has been automated in the automatic direction finder , or ADF. In this system the antenna consists of a small cylinder of wire, a solenoid that is highly directional, which is spun by a motor. The electronics listen either for the repeated "peak" in the signal, or just as commonly, the "trough" when the signal drops to zero when the antenna is at right angles to the signal. A small lamp attached to a disk is timed to spin at the same speed as the antenna, so when the peak or trough is detected the lamp flashes briefly. To the human eye it appears to be a single spot of light on top of a compass rose.
Usage in navigation
Signals are provided in the form of radio beacons, the radio version of a lighthouse. The signal is typically a simple AM broadcast of a morse code series of letters, which the RDF can tune in to see if the beacon is "on the air". Most modern detectors can also tune in any commercial radio stations, which is particularly useful due to their high power and location near major cities.
RDF was once the primary form of aircraft navigation, and strings of beacons were used to form "airways" from airport to airport. In the 1950s these systems were generally being replaced by the VOR system, in which the angle to the beacon can be measured from the signal itself, with no moving parts. Since the signal being broadcast in the RDF system is non-directional, these older beacons were referred to as non-directional beacons, or NDB in the aviation world.
Today all such systems are being generally removed in favour of the much more accurate and user-friendly GPS system. However the low cost of ADF systems today has meant a comeback, whereas the expensive VOR systems will likely all be switched off before 2010.
A radio direction finder , or RDF, is a device for finding the direction to a radio source. Due to radio's ability to travel very long distances "over the horizon", it makes a particularly good navigation system for ships and aircraft that might be flying at a distance from land.
Pa
ge3
78
Introduction
RDF's work by pointing a directional antenna in "various directions" and then listening for the direction in which the signal from a known station comes through most strongly. This sort of system was widely used in the 1930s and 1940s. RDF antennas are particularly easy to spot on German World War II aircraft, as loops under the rear section of the fuselage, whereas most US aircraft enclosed the antenna in a small teardrop-shaped fairing.
Method of Operation
In more recent times the task of finding the signal has been automated in the automatic direction finder , or ADF. In this system the antenna consists of a small cylinder of wire, a solenoid that is highly directional, which is spun by a motor. The electronics listen either for the repeated "peak" in the signal, or just as commonly, the "trough" when the signal drops to zero when the antenna is at right angles to the signal. A small lamp attached to a disk is timed to spin at the same speed as the antenna, so when the peak or trough is detected the lamp flashes briefly. To the human eye it appears to be a single spot of light on top of a compass rose.
Usage in navigation
Signals are provided in the form of radio beacons, the radio version of a lighthouse. The signal is typically a simple AM broadcast of a morse code series of letters, which the RDF can tune in to see if the beacon is "on the air". Most modern detectors can also tune in any commercial radio stations, which is particularly useful due to their high power and location near major cities.
RDF was once the primary form of aircraft navigation, and strings of beacons were used to form "airways" from airport to airport. In the 1950s these systems were generally being replaced by the VOR system, in which the angle to the beacon can be measured from the signal itself, with no moving parts. Since the signal being broadcast in the RDF system is non-directional, these older beacons were referred to as non-directional beacons, or NDB in the aviation world.
Today all such systems are being generally removed in favour of the much more accurate and user-friendly GPS system. However the low cost of ADF systems today has meant a comeback, whereas the expensive VOR systems will likely all be switched off before 2010.
Pa
ge3
79
Pa
ge3
80
Pa
ge3
81
Pa
ge3
82
Pa
ge3
83
Pa
ge3
84
Pa
ge3
85
Pa
ge3
86
Pa
ge3
87
Pa
ge3
88
Pa
ge3
89
Pa
ge3
90
Pa
ge3
91
Pa
ge3
92
Pa
ge3
93
Pa
ge3
94
Pa
ge3
95
Pa
ge3
96
Pa
ge3
97
Pa
ge3
98
Pa
ge3
99
Pa
ge4
00
Pa
ge4
01
Pa
ge4
02