LORAN

LORAN (от англ. LOng Range Aid to Navigation — «дальний навигационный ориентир») — это семейство наземных радионавигационных систем (РНС) дальнего действия, работающих в диапазоне низких и средних частот (от 90 до 110 кГц). Системы LORAN предназначены для определения местоположения морских, воздушных и наземных объектов путём измерения разности времени прихода радиоимпульсов от двух или более синхронизированных наземных передающих станций. Принцип действия основан на гиперболической навигации, что позволяет определять координаты с точностью от нескольких сотен метров до нескольких километров в зависимости от модификации и условий распространения радиоволн.

История

Разработка и Вторая мировая война

Разработка системы LORAN началась в 1940 году в Массачусетском технологическом институте (MIT) по заказу Военно-морских сил США. Первоначальная версия, получившая обозначение LORAN-A (или Standard LORAN), работала на частоте 1,75–1,95 МГц и обеспечивала дальность действия до 1200 км в дневное время и до 2400 км ночью. Система активно использовалась союзниками во время Второй мировой войны для навигации бомбардировщиков, транспортных самолётов и кораблей, особенно в Атлантическом и Тихом океанах. К концу войны сеть LORAN-A насчитывала более 70 станций.

Послевоенное развитие и LORAN-C

В 1950-х годах на смену LORAN-A пришла более совершенная система LORAN-C, разработанная в США. Она работала на частоте 100 кГц (диапазон 90–110 кГц), что обеспечивало большую дальность (до 2000–3000 км) и лучшую помехоустойчивость. LORAN-C использовала импульсные сигналы с фазовой модуляцией, что позволяло повысить точность до 200–500 метров. Первая станция LORAN-C была введена в эксплуатацию в 1957 году. Система быстро распространилась по Северной Атлантике, Тихому океану и прибрежным зонам США, Канады, Японии и стран Западной Европы.

LORAN-D и другие модификации

В 1960-х годах для тактических нужд военных была разработана модификация LORAN-D — портативная версия с малым радиусом действия (до 100 км), предназначенная для использования в зонах боевых действий. Однако широкого распространения она не получила. В 1970-х годах появилась система LORAN-C с улучшенной синхронизацией и возможностью работы в режиме «цепочки» (chain), где несколько станций объединялись в единую сеть с общим ведущим передатчиком.

Упадок и закрытие

С развитием спутниковых навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС) в 1990-х годах значение LORAN начало снижаться. В 2000 году правительство США объявило о поэтапном сворачивании LORAN-C, и к 2010 году все станции LORAN-C на территории США и Канады были закрыты. В Европе эксплуатация LORAN-C продолжалась до 2015 года, когда была выведена из эксплуатации последняя цепочка «Eurofix». В России и некоторых других странах (например, в Китае) системы, аналогичные LORAN, использовались до 2010-х годов, но впоследствии были заменены спутниковыми системами.

Принцип работы

Гиперболическая навигация

Система LORAN основана на измерении разности времени прихода радиоимпульсов от двух синхронизированных станций — ведущей (Master) и ведомой (Slave). Местоположение объекта определяется как точка пересечения двух гипербол, соответствующих разностям времени для разных пар станций. Для двумерного позиционирования (на плоскости) необходимо минимум три станции, образующие две пары.

Импульсный режим и фазовая модуляция

Станции LORAN-C излучают мощные радиоимпульсы (пиковая мощность до 1–2 МВт) длительностью около 200–300 микросекунд. Импульсы модулируются по фазе для повышения точности измерения времени прихода. Приёмник LORAN измеряет задержку между импульсами от ведущей и ведомой станций с точностью до долей микросекунды, что позволяет вычислять разность расстояний с погрешностью в десятки метров.

Синхронизация и цепочки

Станции LORAN-C работают в составе цепочек, где одна станция является ведущей, а остальные — ведомыми. Синхронизация осуществляется по атомным часам (цезиевым или рубидиевым) с коррекцией по сигналам GPS. В каждой цепочке используется своя частота повторения импульсов (PRR — Pulse Repetition Rate), что позволяет различать сигналы разных цепочек.

Устройство и характеристики

Передающие станции

Типовая станция LORAN-C включает:

• Передатчик — мощный радиопередатчик (до 1–2 МВт) на частоте 100 кГц.
• Антенну — мачтовую антенну высотой 200–400 метров, обеспечивающую дальность распространения сигнала до 2000–3000 км.
• Систему синхронизации — атомные часы и приёмник GPS для коррекции времени.
• Энергоснабжение — дизель-генераторы и резервные аккумуляторы.

Приёмники

Приёмники LORAN-C представляли собой специализированные устройства, способные принимать сигналы на частоте 100 кГц, выделять импульсы от разных станций и вычислять координаты. В 1970–1980-х годах выпускались как стационарные (для кораблей и самолётов), так и портативные модели. Современные приёмники (например, Loran-C/GPS-комбинированные) могут работать в режиме дополнения к спутниковой навигации.

Точность и дальность

• Дальность действия: до 2000–3000 км (ночью) и до 1500 км (днём) для LORAN-C.
• Точность: 200–500 метров (в стандартном режиме), до 50–100 метров (в дифференциальном режиме с коррекцией).
• Помехоустойчивость: низкая чувствительность к атмосферным помехам и ионосферным возмущениям, но подверженность влиянию промышленных помех и рельефа местности.

Применение

Морская навигация

Основное применение LORAN — морская навигация. Система использовалась для прокладки курса, входа в порты, рыболовства и поисково-спасательных операций. В прибрежных зонах LORAN-C обеспечивала надёжное позиционирование даже в условиях отсутствия видимости.

Воздушная навигация

В авиации LORAN применялась для навигации на дальних маршрутах, особенно над океанами и малонаселёнными территориями. Система была интегрирована в бортовые навигационные комплексы многих типов самолётов (например, Boeing 747, C-130).

Наземные приложения

LORAN использовалась для геодезических работ, картографирования, синхронизации времени и управления движением наземного транспорта (например, в пустынных районах). В некоторых странах (например, в Саудовской Аравии) LORAN-C применялась для навигации по пустыне.

Резервная система

После закрытия LORAN-C в США и Европе система рассматривается как резервная на случай отказа спутниковых систем. В 2010-х годах велись работы по созданию eLORAN (Enhanced LORAN) — модернизированной версии с точностью до 10–20 метров, способной работать в качестве дополнения к GPS. Однако массового внедрения eLORAN не получила.

Интересные факты

• Название «LORAN» было предложено инженером MIT Альфредом Л. Ломоном в 1940 году.
• Во время Второй мировой войны система LORAN-A использовалась для навигации бомбардировщиков B-29 при налётах на Японию.
• В СССР разрабатывалась аналогичная система «Чайка» (работавшая на частоте 100 кГц), которая эксплуатировалась до 2010-х годов.
• Сигналы LORAN-C могли приниматься на глубине до 10 метров под водой, что позволяло использовать систему для подводных лодок на перископной глубине.

Источники

• Баранов, В. А. «Радионавигационные системы: учебник для вузов». — М.: Радио и связь, 1985.
• Parkinson, B. W., Spilker, J. J. «Global Positioning System: Theory and Applications». — AIAA, 1996.
• «LORAN-C User Handbook». — U.S. Coast Guard, 1992.
• «The Development of LORAN-C». — IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1975.