美國奧米加全球雙曲線導航系統

歐米茄導航系統是一個全球性的全天候導航系統 提供 固定精度為一至兩海里的定 位服務 可供潛艇與飛機使用 如同水面艦艇一樣 與萊蘭系統類似 它是一種無線電導航系統 但歐米茄系統使用甚低頻率的無線電信號 可實現極遠距離的傳播 導航 從而減少提供全球 導航系統所需的站點數量 歐米茄系統的另一項重要特徵在於其設備的簡便性 一旦掌握幾項基本要領 便能輕鬆操作與維護 為了實現全球覆蓋 Omega系統將使用八座甚低頻發射站 一個在挪威 另一個在特立尼達 一 個在夏威夷 另一個在美國中北部地區 餘下的四個分別位於印度洋、南美洲 南部、塔斯曼海區域 以及西太平洋 這些車站之間實際的空間關係 透 過觀察這顆地球儀 將能更清楚理解 各站之間的距離設計 使得地球上的 任何位置都能接收到至少五個站點的可 用信號 每個站點均被分配一個字母代號 從A至H 且每個站點均會發射 10至14千赫茲頻段的連續波VLF信號 訊號格式每10秒傳輸一次 每個站點依次發送 依次持續約一秒 所有傳輸 訊號均同步至同一標準時間 其實 每個站點的訊號傳輸時間有著極微小的差異 例如 車站A傳輸10 2千赫茲持續十分之九秒 車站B則傳輸 1 0秒 C站1 1秒 D站1 2秒 其他四個車站亦重複相同的 傳輸週期 僅按順序重新排列 信號之間有零點二秒 的間隔 利用傳輸時 間和位置的差異 可以辨識出不同的站點 然而 由於最近的車站通常信號最強 因此會根據信號強度來辨識 但無論使用何種識別方法 此時最重要的事是 發射器正在以時分方式依次發送信號 每個歐米伽接收器都在接收來自多個發射器的訊號 這些接收 器不僅接收訊號 還會將其進行比對 以確定彼此之間的相位差 為了說明相位差 我們將使用正弦波來代表接收到的訊號 只要 這些波形重合 我們就可以說它們處於同相 或具有相同的相位 零相位差 但隨著波之間的關係開始改變 相位差便開始出現現在 讓我們以基線來視覺化 接收器與兩個站點之間的關係 兩站之間劃出的線 在兩站中間的某一點 兩者並無差異 因為它們行經的距離相同 只要接收器位於與兩座電台距離 相等的線上 相位差便始終為零 這一系列零相位點為接收器確立了一條位置線 當接收器開始朝向其中一個訊號站移動而遠離另一個時 由於訊號傳播距離不同 我們便開始產生相位差 在我們簡化的接收器中 你可以看到這相位差正在被測量 正弦波僅以圖形方式顯示相位差的變化 當接收器遠離位置中間線時 也稱為零相位 等高線上 相位差由零逐漸增加至360度 再回到零 從而確定另一條零相位等高線 現在 若我們在每個零相位差的間隔處畫出一條位置線 就會得 到一系列零相位等高線 將兩個 站點之間的區域劃分為若干條通道 這些零相位線出現在半波長間隔處 因此 對於歐米伽系統的基本頻率10 2千赫茲而言 這表示 靠近基線處 美國的航道寬八英里 介於各測站之間 從實際用途來看 這些線段在基線附近幾乎是平行的 儘管它們 誇大其詞 實際上隨著遠離基線而逐漸分離 然而 車站之間的距離極遠 因此這種分離很少變得顯著 為辨識起見 每兩個車站之間的車道均會編號 這是由於將數字900分配給 兩站之間的中間或零等高線所致 在這條線的一側 朝車站A方向前進時 線路編號依序遞減 在900號線的另一側 朝向B站方向 線路編號逐漸增加 同一編號方式亦適用於任何兩站之間的軌道 其中編號始終由較低字母向較高字母遞增 在歐米伽系統中 這些航道編 號始終用於確定船隻的位置線 也是歐米伽接收器的航道計數器用來識別特定航道的數字 在此 AN-SRN-12 接收 器上通道數由左側窗口中的三個數字顯示 Omega接收器還會提供路段讀取的百分比 使定位點能更精確地建立於路段內 路段百分比是將每個車道視 為被分成100等份而得出的 實際應用中 路段百分比測 量值被用作相位差的衡量標準 在SRN-12上 車道佔比由右側兩個數字表示 八個站點組成的網絡形成了一張覆蓋全球的航道網 這 提供了我們確定位址所需的地理參考座標 一對測站的信號會提供一條位置線 使用第三個測站則可形成另一對信號 進而產生另一條位置線 當這兩條線相交之處 我們便得到了定位點 現在 雖然車站之間的區段被劃分為編號的車道 但接收器仍需借助協助才能辨識出特定車道 透過相位差 它能測量自身在車道中的位置並計算穿越的 車道數量 但無法辨識實際的車道編號 因而導致此結果 這被稱為車道模糊性 這種 模糊性透過在設備初次啟動時 將接收器初始化或設定至正確的車道來解決 גרפי 在航行初期 這很容易做到 因為當 時船隻通常位於位置可準確確定的區域 一個歐米伽圖表還會顯示位置固定的車道 有了這項資訊 我們就能初始化接收器 通道計數器已設定為來自圖表的通道編號 無需調整通道指示器的百分比 因為它會自動設定 當計數器設定正確後 車道數目將自動持續累計 計數器的 數字不斷顯示船隻在不同車道 上的位置-cigarette 這就是歐米伽接收器的工作原理 一旦完成 初始化並選定站點配對 導航員便會開始操作 他先從一組測站取得數據 再從另一組測站取得數據 這為他提供了每對測站之間的位置線 當這些位置 線相交之處 他便可精確定位 誤差僅一至兩英里 當然 如果傳輸中斷或接收器失效 必須重 新建立通道數量 才能再次使用歐米伽系統 基於此原因 導航員應始終保持良好 的推算航跡 這將有助於他辨識航線 為在通道數量遺失後重新初始化接收器 需調整船隻位置 必須在半條車道寬度之內被察覺 以102 千赫信號而言 這相當於正負四海里 顯而易見 若將航道加寬 判斷 船隻所在航線的問題便可大幅簡化 由於車道寬度取決於頻率 我們只 需改變頻率即可獲得額外的面積 這 正是歐米伽系統解決車道模糊問題的方式 透過設置各個訊號站來實現 以13 6千赫茲、11又1/3千赫茲的頻率以及它們的 基本頻率為10 2千赫茲 額外的頻率在同一個10秒 的時間間隔內傳輸 但其格 式設計使得沒有任何兩個電台會在同一頻率上同時發射 這些特定頻率之所以被選中 是因為它們之間存在某種關係例如 13 6千赫茲的頻率可產生六英里寬的車道 因此 四條13 6千赫的頻道 恰好等於八條每英里10 2千赫頻道中的三條 單獨的13 6千赫訊號並無法解決 模糊之處 因為它會產生較窄的車道 為了增加車道寬度 我們需要較低的頻率 這透過取得 接收器電子計算10 2與13 6信號之間的差異 得出 我們的頻率僅為3 4千赫茲 車道寬度為24英里 這條新車道有助於解決車道模糊的問題 因為現在我們有三 倍寬的車道可供選擇 無需再精確掌握自身在車道中的位置 正負四海里範圍內 我們現在有十二 海里的半徑來確定 航線數量 方法如下 根據推算航法或其他導航方式 我們可大致 確定自身位置在24英里寬的其中一條航線內 接著 車道讀數的百分比能立即告 訴我們船隻位於大車道的哪一部分 由於24英里車道相當於三個8英里車道 因此知道車道的百分比 使我們能夠將船隻置於八英里寬的其中一條航線內 並 相應地重新設定或重新初始化接收器 以恢復自動追蹤 使用相同的程序 分別針對11又1/3千赫信號與10 2千赫信號 我們得到1 1又三分之一千赫茲的差異 而更寬的 72英里波段則進一步為模糊性提供了更大的容錯空間 並依照相同的步驟 我們可以逐步縮小至 24英里寬的航道 最終縮減至8英里寬的航道 儘管其他兩個頻率可供使用 10 2千 赫茲的信號仍是精確導航所不可或缺的頻率 額外的訊號僅使具備適當裝備的接收器 在航位推算的 輔助下 能在全球任何時間、任何地點解決車道模糊問題 接收讀數完成後 必須使用歐米伽天空 波校正表 以考慮不同地區電離層的變化 每月的時段與日期 以及這些條件對傳輸的影響 地圖索引列出了適用於不同地區的頁碼 在日期與小時欄位下的表格中 我們可以找到必須加上的數值 從車道讀數的百分比中扣除 這也可能改變車道數量的讀數 簡要回顧歐米茄導航系統的基本特性 我們首先從全球 strategically 分布的八個極低頻發射站開始 各站以時分共用方式發射信號 並與共同的標準時間同步相位 這些信號將各站之間的區域劃分為寬度相等的車道 而這些巷道進一步被分成1тр百個相等 的區段 在接收器上顯示為巷道的百分比 10 2千赫信號的頻道寬達八英里 3 4千赫信號的頻道則寬達二十四英里 而1 1千赫與1 3千赫信號的頻道寬度為72英里 航行開始時 歐米伽接收器會啟動並與發射 機進行時間同步 同時 也會選定訊號站配對 並在查閱天空波修正表後 設定車道計數器 從此以後 巷道計數自動進行 導航員只需讀取接 收器數據 並使用SkyWave校正表進行修正 他根據位置線的交叉點 輕而 易舉地迅速確定了自己的位置 當這種速度與便捷性結合系統其他優勢 例如全球 全天候覆蓋、可靠性與精確度、操作簡單性等特性時 維護方面 很明顯在歐米茄系統中 我們不僅擁有 極其實用的設計 更代表了導航藝術的一個里程碑