Temat: RADIONAWIGACJA
1. Fale elektromagnetyczne i jej parametry
Fale radiowe, a właściwie fale elektromagnetyczne, są wspólnym
rozchodzeniem siÄ™ od z
ródła oscylujących pól elektrycznego i magnetycznego.
Fale elektromagnetyczne są nośnikiem energii elektrycznej.
Taki ruch, gdzie zjawisko okresowe, przemieszcza siÄ™ w przestrzeni,
nazywamy ruchem falowym.
a) Częstotliwość
Podstawowym parametrem fali radiowej jest jej częstotliwość. Definiowana jest
ona jako liczba okresów (T) przebiegu harmonicznego przypadająca na jedną
sekundÄ™, oznaczana siÄ™ jÄ… literÄ… f.
Częstotliwość fali mówi o szybkości rozchodzenia się grzbietów fali. Jest to
liczba pełnych drgań fali, od grzbietu do grzbietu, na jedną sekundę.
Częstotliwość mierzymy w hercach (f=[Hz]=[1/s]). Jeden herc to jedno pełne
drganie na sekundÄ™.. Nazwa tej jednostki pochodzi od nazwiska niemieckiego
fizyka Heinricha Hertza. Jednostkami wielokrotnymi sÄ…:
l kHz= 103Hz
l MHz=106Hz
l GHz=109Hz
b) Długość fali.
Długością fali nazywamy odległość jaką przebywa fala w czasie jednego
okresu. Kiedy nadchodzi fala o określonej częstotliwości, jej grzbiety znajdują
się w równych odległościach od siebie. Odległość związana z jednym pełnym
drganiem to długość fali. Fale o wy\
szej częstotliwości mają mniejszą długość
fali. Fale o ni\
szej częstotliwości mają większą długość fali.
Długość fali oznacza się grecką literą lamba (). Długość ta zale\
y od
częstotliwości fali f i prędkości fali V.
Zale\
ność pomiędzy tymi wielkościami jest następująca:
v
f = = v * T

Gdzie: T jest okresem drgań fali, czyli czasem, w którym podczas
przechodzenia przez ośrodek fali sinusoidalnej, dana cząsteczka wykonuje
jedno pełne drganie.
PrzyjmujÄ…c, \
e fale radiowe rozchodzą się z prędkością 300 000 km/s,
związek pomiędzy częstotliwością a długością fali () przedstawia
następująca zale\
ność:
3*108
f =

Je\
eli w zale\
ności tej długość fali będzie wyra\
ona w metrach, to uzyskamy
wartość częstotliwości w Hz.
Przykład: Obliczyć długość fali radiowej o częstotliwości 6 MHz.
3*108
 = = 50 m
(6*106)Hz
c) Amplituda fali
Amplituda jest ró\
nicą wysokości między szczytem i doliną fali podzieloną
przez dwa.
Jest to maksymalne wychylenie cząstki z poło\
enia równowagi. czyli wysokość
grzbietu lub głębokość doliny fali. Większa amplituda oznacza, \
e fala niesie
więcej energii. Amplitudę zwykle oznaczamy du\
Ä… literÄ… A
d) Faza fali
Faza fali jest to wielkość skalarna wyra\
ona w radianach, która mierzy
przesunięcie fali. Je\
eli fale docierają do jakiegoś punktu odległego o odległość
d od z
ródła drgań to fazę fali mo\
na opisać wzorem:
d
Åš =2 

Gdy przez pewien punkt przechodzÄ… kolejno grzbiety i doliny fali, jej faza w
tym punkcie zmienia siÄ™ bez przerwy.
Gdy dwie fale o tej samej częstotliwości są w fazie to ich grzbiety nadchodzą
zawsze razem. Powstaje wypadkowa fala o większej amplitudzie.
Je\
eli grzbiety jednej fali nadchodzÄ… zawsze razem z dolinami drugiej, to fale
są w przeciwfazie i mogą się wzajemnie całkiem zniwelować
2. Podział i oznaczenie zakresów częstotliwości fal
elektromagnetycznych
Zakres częstotliwości wykorzystywany w systemach radiokomunikacyjnych i
radionawigacyjnych jest bardzo szeroki i rozciąga się od częstotliwości rzędu
kilku kiloherców a\
do zakresu światła widzialnego. Zgodnie z Regulaminem
Radiokomunikacyjnym ITU stosuje się obecnie dekadowy podział widma fal
radiowych na zakresy.
Dekadowy podział widma radiowego
Zakres Podział
Symbol Nazwa
częstotliwości metryczny
3-30 kHz fale myriametrowe
VLF Very Low FreÄ…uency
30-300 kHz- fale kilometrowe
LF Low FreÄ…uency
300-3000 kHz fale hektometrowe
MF Medium FreÄ…uency
3-30 MHz fale dekametrowe
HF High FreÄ…uency
30-300 MHz fale metrowe
VHF Very High FreÄ…uency
300-3000 MHz fale decymetrowe
UHF Ultra High FreÄ…uency
3-30 GHz fale centymetrowe
SHF Super High FreÄ…uency
30-300 GHz fale milimetrowe
EHF Extra High FreÄ…uency
fale
- - 300-3000 GHz
decymilimetrowe
W kolumnie "zakres częstotliwości" dolna granica jest wyłączona, natomiast
górna włączona do danego pasma.
Dekadowy podział częstotliwości nie uwzględnia naturalnych właściwości fal
ró\
nych zakresów. Do rozpatrywania właściwości propagacyjnych fal
radiowych stosuje się podział tradycyjny.
Zakres Długości fal Częstotliwości
Fale bardzo długie powy\
ej 20 km poni\
ej 15 kHz
Fale długie 20 km - 3 km 15 - 100 kHz
Fale średnie 3000 m - 200 m 100 - 1500 kHz
Fale pośrednie 200 m - 100 m 1.5 - 3 MHz
Fale krótkie 100 m - 10 m 3 - 30 MHz
Fale ultrakrótkie 10 m - 1 m 30 - 300 MHz
Mikrofale poni\
ej 1 m powy\
ej 300 MHz
Ponadto fale radiowe mo\
emy podzielić zgodnie z ich wykorzystaniem
(łączność, radionawigacje, radiolokacja itp.  patrz załącznik - częstotliwości)
3. Wykorzystanie Radionamierników
Jedną z metod określania pozycji obserwowanej statku za pomocą urządzeń
radionawigacyjnych jest radionamierzanie. Jest to określanie kierunku na
radiostacjÄ™ nadawczÄ… za pomocÄ… radionamiernika.
W celu określenia pozycji radionamierniki mogą znajdować się:
na lądzie w punktach o znanych współrzędnych i namierzać pracującą
radiostacjÄ™ na statku  radionamiary obce
na statkach i namierzać pracujące na lądzie radiostacje (radiolatarnie)
 radionamiary własne
W praktyce radionamierzanie sprowadza się do wyznaczania radiowych kątów
kursowych, czyli kątów pomiędzy dziobową częścią płaszczyzny symetrii statku
a kierunkami na kilka stacji nadawczych zwanych radiolatarniami, których
współrzędne geograficzne są znane. Określenie radiowego kąta kursowego,
przy znajomości kursu statku, jest równoznaczne z wyznaczeniem namiaru na
radiolatarnie. Punkt przecięcia radionamiarów wyznaczonych na radiolatarnię
określa pozycję obserwowaną statku.
Radiolatarnie instalowane sÄ… na wybrze\
ach mórz, w rejonach o du\
ym
natÄ™\
eniu \
eglugi, przy uwzględnieniu ukształtowania linii brzegowej. Są one
zazwyczaj Å‚Ä…czone w grupy zawierajÄ…ce od 2 do 6 stacji nadawczych
tworzÄ…cych tak zwane radiolatarnie zespolone
Poniewa\
pod wpływem metalowych części kadłuba statku, sygnał radiowy
odbierany przez radionamiernik ulega du\
emu odchyleniu od pierwotnego
kierunku, wartość radiowego kąta kursowego, odczytana na wskaz
niku
radionamiernika mo\
e znacznie się ró\
nić od wartości optycznego kąta
kursowego.
Ró\
nica kątowa pomiędzy równoczesnym optycznym kątem kursowym (radiowym kątem kursowym (przez konstrukcje metalowe statku, nazywa się radiodewiacją,
i zale\
y od radiowego kÄ…ta kursowego. Radiodewiacja oznaczona jest
symbolem ´r
´r = ´r = NR - NRr
Radionamierzanie wykonuje się następująco:
Obracając anteną ramową ustala się poło\
enie, w którym uzyskuje się
maksimum słyszalności odbieranego sygnału lub jego minimum.
Po nastrojeniu radionamiernika na częstotliwość pracy radiolatarni, obraca się
anteną tak aby uzyskać zanik sygnału. Zanik sygnału uzyskuje się jednak w 2
poło\
eniach anteny ramowej:
przy ustawieniu pod kÄ…tem Ä…
pod kÄ…tem Ä…+180º,
co umo\
liwia wyznaczenie jedynie płaszczyzny, w której znajduje się dana
radiolatarnia natomiast nie wyznacza jednoznacznie kierunku na niÄ….
Określenie kierunku na radiolatarnię mo\
na uzyskać wykorzystując antenę,
która składa się z 2 nieruchomych ram ustawionych do siebie pod kątem
prostym, przy czym jedna z nich ustawiona jest w płaszczyz
nie symetrii statku.
Końce uzwojeń obu ram są połączone z wejściem goniometru.
Goniometr składa się z 2 nieruchomych cewek stałych , usytuowanych do
siebie pod kątem prostym oraz cewki ruchomej, która jest obracana wewnątrz
cewek stałych. Przeznaczeniem cewek stałych, podłączonych do ram anteny
jest odtwarzanie pola elektromagnetycznego istniejÄ…cego w miejscu
usytuowania anteny. Natomiast cewka ruchoma połączona jest z wejściem
odbiornika i spełnia rolę obrotowej anteny ramowej poszukującej kierunku na
radiolatarnie.
Budowa radionamiernika
Ka\
dy radionamiernik składa się z 3 podstawowych zespołów:
Układu antenowego z anteną ramową
UrzÄ…dzenia odbiorczego
Wskaz
nika
W zale\
ności od metody odczytu wskazań radionamierniki mo\
emy
podzielić na:
Akustyczne ze wskaz
nikiem tarczowym
Optyczne z lampÄ… oscyloskopowÄ…
Cyfrowe
Ze względu na sposób wykorzystania charakterystyki kierunkowej anteny
radionamierniki mo\
na podzielić na określające kierunek na podstawie:
Minimum sygnału
Maksimum sygnału
Zrównania siły odbieranego sygnału dla 2 ró\
nych poło\
eń anteny
Pomiaru stosunku amplitud w ramach anteny krzy\
owej
Ze względu na obsługę radionamierniki dzielimy na:
Nieautomatyczne, w których antenę ramową obraca się ręcznie
Automatyczne, w których wszystkie czynności związane z wyznaczaniem
kierunku odbywajÄ… siÄ™ samoczynnie
4. Klasyfikacja i charakterystyka naziemnych systemów
radionawigacyjnych
Jednym z podstawowych rodzajów klasyfikacji naziemnych systemów
nawigacyjnych jest rodzaj linii pozycyjnych jakie uzyskuje siÄ™ w wyniku
pomiaru parametru nawigacyjnego. BiorÄ…c to pod uwagÄ™ mo\
na je
podzielić na:
Azymutalne  linia pozycyjna w postaci ortodromy (np.: radionamierzanie)
Hiperboliczne  linia pozycyjna w postaci hiperboli powstaje w wyniku
pomiaru ró\
nicy odległości (np.: Decca, Loran, Omega)
Stadiometryczne - linia pozycyjna w postaci okręgów sferycznych powstaje
w wyniku pomiaru odległości (wersja odległościowa systemu Loran C)
Eliptyczne - linia pozycyjna w postaci elipsy powstaje w wyniku pomiaru
sum
odległości (nie wykorzystywane w nawigacji morskiej)
Ze względu na zasięg systemy radionawigacyjne mo\
na podzielić na:
Bliskiego zasięgu 100  150 Mm
Średniego zasięgu 200  300 Mm (Decca)
Dalekiego zasięgu 700  1000 Mm (Loran)
Globalne  (Omega)
Ze względu na mierzoną wielkość fizyczną systemy radionawigacyjne mo\
na
podzielić na:
Amplitudowe  pomiar amplitudy pola elektrycznego fali radiowej
Impulsowe  mierzÄ… czas wykorzystujÄ…c impulsowe metody pracy
Fazowe  pomiar ró\
nicy faz dwóch fal elektromagnetycznych
Częstotliwościowe  mierzące częstotliwość nośną lub Dopplera
Systemy te były szeroko wykorzystywane w latach 70 i 80 XX wieku. W latach
90-tych wraz z rozwojem systemów satelitarnych zaprzestano modernizacji
naziemnych systemów nawigacyjnych i na początku XXI wieku większość
z nich została wyłączona