Omega (Navigationssystem) - Omega (navigation system)
OMEGA war das erste Funknavigationssystem mit globaler Reichweite , das von den Vereinigten Staaten in Zusammenarbeit mit sechs Partnerländern betrieben wurde. Es war ein hyperbolisches Navigationssystem , das es Schiffen und Flugzeugen ermöglichte, ihre Position durch den Empfang von sehr niederfrequenten (VLF) Funksignalen im Bereich von 10 bis 14 kHz zu bestimmen , die von einem globalen Netzwerk von acht festen terrestrischen Funkbaken unter Verwendung einer Navigationsempfängereinheit gesendet wurden . Es wurde um 1971 in Betrieb genommen und 1997 zugunsten des Global Positioning System stillgelegt .
Geschichte
Vorherige Systeme
Eine " Fixierung " in jedem Navigationssystem erfordert die Bestimmung von zwei Messungen. Typischerweise werden diese in Bezug auf feste Objekte wie markante Landmarken oder den bekannten Standort von Funkmasten aufgenommen. Durch Messen des Winkels zu zwei solchen Orten kann die Position des Navigators bestimmt werden. Alternativ kann man den Winkel und die Distanz zu einem einzelnen Objekt oder die Distanz zu zwei Objekten messen.
Die Einführung von Funksystemen im 20. Jahrhundert hat die Entfernungen, über die Messungen vorgenommen werden konnten, dramatisch erhöht. Ein solches System erforderte auch viel höhere Genauigkeiten bei den Messungen – ein Winkelfehler von einem Grad könnte akzeptabel sein, wenn man einen Leuchtturm einige Meilen entfernt fixiert, aber bei einem Radiosender von 300 Meilen (480 km) entfernt. Es wurde eine Vielzahl von Methoden entwickelt, um Fixes mit relativ kleinen Winkelungenauigkeiten aufzunehmen, aber selbst diese waren im Allgemeinen nur für Systeme mit kurzer Reichweite nützlich.
Die gleiche Elektronik, die grundlegende Funksysteme zum Funktionieren brachte, führte die Möglichkeit ein, sehr genaue Zeitverzögerungsmessungen und damit hochgenaue Entfernungsmessungen durchzuführen. Das Problem war, zu wissen, wann die Übertragung eingeleitet wurde. Beim Radar war dies einfach, da sich Sender und Empfänger meist am selben Standort befanden. Die Messung der Verzögerung zwischen dem Senden des Signals und dem Empfangen des Echos ermöglichte eine genaue Entfernungsmessung.
Für andere Anwendungen, beispielsweise die Flugnavigation , müsste der Empfänger den genauen Zeitpunkt kennen, zu dem das Signal gesendet wurde. Dies war mit der damaligen Elektronik in der Regel nicht möglich. Stattdessen wurden zwei Stationen synchronisiert, indem eines der beiden gesendeten Signale als Auslöser für das zweite Signal nach einer festen Verzögerung verwendet wurde. Durch Vergleichen der gemessenen Verzögerung zwischen den beiden Signalen und Vergleichen dieser mit der bekannten Verzögerung wurde festgestellt, dass die Position des Flugzeugs entlang einer gekrümmten Linie im Raum lag. Durch zwei solche Messungen an weit voneinander entfernten Stationen würden sich die resultierenden Linien an zwei Stellen überlappen. Diese Orte waren normalerweise weit genug voneinander entfernt, um es herkömmlichen Navigationssystemen wie Koppelnavigation zu ermöglichen, die falsche Positionslösung zu eliminieren.
Das erste dieser hyperbolischen Navigationssysteme war das britische Gee und Decca , gefolgt von den US-amerikanischen Systemen LORAN und LORAN-C . LORAN-C bot eine genaue Navigation bei Entfernungen über 1.000 Kilometer (620 Meilen) und durch das Auffinden von "Ketten" von Stationen auf der ganzen Welt, boten sie eine mäßig breite Abdeckung.
Atomuhren
Der Schlüssel zum Betrieb des hyperbolischen Systems war die Verwendung eines Senders, um das "Master" -Signal auszustrahlen, das von den "Secondaries" als Auslöser verwendet wurde. Dies begrenzte die maximale Reichweite, über die das System arbeiten konnte. Für sehr kurze Entfernungen, zig Kilometer, könnte das Triggersignal durch Drähte übertragen werden. Über große Entfernungen war die Funksignalisierung praktischer, aber alle diese Systeme hatten Reichweitenbeschränkungen der einen oder anderen Art.
Mit Langwellentechniken (niedrige Frequenzen) ist eine sehr weite Funksignalisierung möglich, die ein planetenweites hyperbolisches System ermöglicht. In diesen Entfernungen breiten sich die Funksignale jedoch nicht in geraden Linien aus, sondern werden von verschiedenen Regionen über der Erde reflektiert, die zusammen als Ionosphäre bekannt sind . Bei mittleren Frequenzen scheint dies das Signal über den Horizont hinaus zu "biegen" oder zu brechen. Bei niedrigeren Frequenzen, VLF und ELF, wird das Signal von der Ionosphäre und dem Boden reflektiert, wodurch das Signal in mehreren "Hüpfen" große Entfernungen zurücklegen kann. Es ist jedoch sehr schwierig, mehrere Stationen unter Verwendung dieser Signale zu synchronisieren, da sie am Ende verschiedener Sprünge möglicherweise mehrmals aus verschiedenen Richtungen empfangen werden.
Das Problem der Synchronisation weit entfernter Stationen wurde mit der Einführung der Atomuhr in den 1950er Jahren gelöst , die in den 1960er Jahren in tragbarer Form kommerziell erhältlich war. Je nach Typ, zB Rubidium , Cäsium , Wasserstoff , hatten die Uhren eine Genauigkeit in der Größenordnung von 1 Teil in 10 10 bis besser als 1 Teil in 10 12 oder eine Drift von etwa 1 Sekunde in 30 Millionen Jahren. Dies ist genauer als das Zeitmesssystem, das von den Haupt-/Sekundärstationen verwendet wird.
Zu dieser Zeit dominierten die Loran-C- und Decca Navigator- Systeme die Mittelstrecken-Rollen, und die Kurzstrecken wurden von VOR und DME gut bedient . Die Kosten der Uhren, der Mangel an Notwendigkeit und die begrenzte Genauigkeit eines Langwellensystems machten ein solches System für viele Funktionen überflüssig.
Die United States Navy hatte jedoch einen ausgeprägten Bedarf an einem solchen System, da sie gerade dabei war, das Satellitennavigationssystem TRANSIT einzuführen. TRANSIT wurde entwickelt, um Standortmessungen an jedem Punkt des Planeten mit ausreichender Genauigkeit zu ermöglichen, um als Referenz für ein Trägheitsnavigationssystem (INS) zu dienen. Periodische Fixes setzen das INS zurück, das dann für die Navigation über längere Zeiträume und Entfernungen verwendet werden könnte.
Es wurde oft angenommen, dass TRANSIT für jede gegebene Messung zwei mögliche Positionen generierte, eine auf jeder Seite der Unterspur des Orbits. Da die Messung die Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz ist, reicht die Erdrotation aus, um die Differenz aufzulösen. Die Erdoberfläche am Äquator bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 460 Metern pro Sekunde – oder etwa 1.000 Meilen pro Stunde.
OMEGA
Omega wurde 1968 mit acht Sendern und der Fähigkeit, bei der Positionsbestimmung eine Genauigkeit von 4 Meilen (6,4 km) zu erreichen, zur Entwicklung freigegeben. Jede Omega-Station sendete eine Folge von drei sehr niederfrequenten (VLF) Signalen (10,2 kHz, 13,6 kHz, 11,333... kHz in dieser Reihenfolge) plus einer vierten Frequenz, die für jede der acht Stationen einzigartig war. Die Dauer jedes Pulses (im Bereich von 0,9 bis 1,2 Sekunden, mit 0,2 Sekunden Leerintervallen zwischen jedem Puls) unterschied sich in einem festen Muster und wiederholte sich alle 10 Sekunden; das 10-Sekunden-Muster war allen 8 Stationen gemeinsam und mit dem Trägerphasenwinkel synchronisiert, der selbst mit der lokalen Master-Atomuhr synchronisiert war. Die Pulse innerhalb jeder 10-Sekunden-Gruppe wurden durch die ersten 8 Buchstaben des Alphabets in Omega-Publikationen der Zeit identifiziert.
Die Hüllkurve der einzelnen Impulse könnte verwendet werden, um das interne Timing eines Empfängers innerhalb des 10-Sekunden-Musters festzulegen. Es war jedoch die Phase der empfangenen Signale innerhalb jedes Pulses, die verwendet wurde, um die Laufzeit vom Sender zum Empfänger zu bestimmen. Mit hyperbolischer Geometrie und Radionavigationsprinzipien war eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 5 bis 10 Kilometern (3,1 bis 6,2 Meilen) über den gesamten Globus zu jeder Tageszeit realisierbar. Omega verwendete hyperbolische Radionavigationstechniken und die Kette operierte im VLF - Teil des Spektrums zwischen 10 und 14 kHz . Gegen Ende seiner 26-jährigen Lebensdauer hat sich Omega zu einem System entwickelt, das hauptsächlich von der Zivilgesellschaft genutzt wird. Durch den Empfang von Signalen von drei Stationen konnte ein Omega-Empfänger unter Verwendung des Prinzips des Phasenvergleichs von Signalen eine Position bis auf 4 Seemeilen (7,4 km) lokalisieren.
Omega-Stationen verwendeten sehr ausgedehnte Antennen, um auf ihren sehr niedrigen Frequenzen (VLF) zu senden. Dies liegt daran, dass die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz ist (Wellenlänge in Metern = 299.792.458 / Frequenz in Hz) und die Sendereffizienz stark beeinträchtigt wird, wenn die Länge der Antenne kürzer als 1/4 Wellenlänge ist. Sie verwendeten geerdete oder isolierte abgespannte Masten mit Schirmantennen oder Drahtspannen über Täler und Fjorde. Einige Omega-Antennen waren die höchsten Konstruktionen auf dem Kontinent, auf dem sie standen oder noch stehen.
Als 1971 sechs der acht Stationen in Betrieb genommen wurden, wurde der Tagesbetrieb von der US-Küstenwache in Zusammenarbeit mit Argentinien , Norwegen, Liberia und Frankreich geleitet. Die japanischen und australischen Stationen wurden einige Jahre später in Betrieb genommen. Mitarbeiter der Küstenwache betrieben zwei US-Stationen: eine in LaMoure, North Dakota und die andere in Kaneohe , Hawaii auf der Insel Oahu .
Aufgrund des Erfolgs des Global Positioning Systems ging die Verwendung von Omega in den 1990er Jahren so weit zurück, dass die Betriebskosten von Omega nicht mehr gerechtfertigt waren. Omega wurde am 30. September 1997 endgültig stillgelegt. Einige der Türme wurden dann bald abgerissen.
Einige der Stationen, wie die LaMoure-Station, werden heute für die U-Boot-Kommunikation verwendet .
Prozess
Im Jahr 1976 die Decca Navigator Company of London verklagt die US - Regierung über Patentverletzungen und behauptet , dass das Omega - System auf einem vorgeschlagenen früheren Decca - System als bekannt wurde basierend DELRAC , Decca Long Range Flächenabdeckung , die im Jahr 1954 in den USA offenbart worden war. Decca zitierte Original-US-Dokumente, die zeigen, dass das Omega-System ursprünglich als DELRAC/Omega bezeichnet wurde . Decca gewann den Fall und erhielt 44.000.000 US-Dollar Schadenersatz. Decca hatte bereits 1967 die US-Regierung wegen angeblicher Patentverletzungen über das LORAN C- System verklagt . Decca gewann seinen Prozess, aber da das Navigationssystem als militärisches System eingestuft wurde, wurden von den USA keine Schadensersatzzahlungen geleistet.
OMEGA-Stationen
Insgesamt gab es neun Omega-Stationen; nur acht gleichzeitig betrieben. Trinidad war bis 1976 in Betrieb und wurde durch Liberia ersetzt:
Bratland Omega-Sender
Der Bratland Omega-Sender (Station A – 66.420833°N 13.150555°E ) in der Nähe von Aldra war der einzige europäische Omega-Sender. Es verwendete eine sehr ungewöhnliche Antenne, die aus mehreren Drähten bestand, die über einen Fjord zwischen zwei Betonankern im Abstand von 3.500 Metern (11.500 ft) gespannt waren , einer bei 66°25′27″N 013°10′01″E und der andere bei 66° 24′53″N 013°05′19″E . Einer der Blöcke befand sich auf dem norwegischen Festland, der andere auf der Insel Aldra . Die Antenne wurde 2002 demontiert. 66°25′15″N 13°09′02″E / / 66,42417°N 13,16694°E / 66.41472°N 13.08861°O
Trinidad Omega-Sender
Der Trinidad Omega Transmitter (Station B bis 1976, ersetzt durch die Station in Paynesville, Liberia) in Trinidad (bei 10,69938° N 61,638708° W ) verwendete als Antenne eine Drahtspanne über einem Tal. Die Baustellengebäude sind noch da. Am 26. April 1988 wurde das Gebäude, in dem die Omega-Sender untergebracht waren, durch eine Explosion zerstört, die durch ein Buschfeuer verursacht wurde, das Sprengstoff entzündete. Es gab schwere Verletzte, sechs Menschen starben bei der Explosion. 10°41′58″N 61°38′19″W /
Am 26. April 1988 breitete sich ein Buschfeuer in der Nähe von Camp Omega, Chaguaramas, schnell auf den nahe gelegenen Camp Omega Waffen- und Munitionsbunker aus, was zur Explosion führte. Vier Feuerwehrleute und zwei Soldaten starben bei dem Versuch, die Lage unter Kontrolle zu bringen. Durch die Explosion wurden mehrere Beamte der Nationalen Sicherheit verletzt. Diese Explosion wurde auf der Richterskala aufgezeichnet und Teile des Bunkers wurden Hunderte von Metern von Ground Zero entfernt gefunden. Die Regierung der Republik Trinidad und Tobago hat jedes Jahr den 26. April zum Gedenktag der Nationalen Sicherheitsbeamten für die Toten begangen.
Paynesville Omega-Sender
Paynesville Omega Mast | |
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Allgemeine Information | |
Status | Zerstört |
Typ | Abgespannter geerdeter Mast mit Schirmantenne |
Standort | Paynesville , Liberia |
Koordinaten | 06°18′20″N 010°39′44″W / 6.30556°N 10.66222°W |
Vollendet | 1976 |
Zerstört | 10. Mai 2011 |
Höhe | 417 m (1.368,11 Fuß) |
Gestaltung und Konstruktion | |
Hauptauftragnehmer | US-Küstenwache |
Der Paynesville Omega Sender (Station B – 06°18′20″N 010°39′44″W / 6.30556°N 10.66222°W ) wurde 1976 eingeweiht und verwendete eine Schirmantenne, die auf einem 417 Meter langen Stahlgitter mit geerdetem Abspannmast montiert war . Es war das höchste Bauwerk, das jemals in Afrika gebaut wurde. Die Station wurde nach der Abschaltung des Omega-Navigationssystems am 30. September 1997 an die liberianische Regierung übergeben. Der Zugang zum Turm war uneingeschränkt und der verlassene Mast konnte bis zum Abriss am 10. Mai 2011 bestiegen werden Der Sender wird verwendet, um einen modernen Marktkomplex zu bauen, der zusätzlichen Platz für lokale Händler bietet und die Staus auf dem Rotlichtmarkt von Paynesville, Liberias größtem Lebensmittelmarkt, reduziert.
Kaneohe Omega-Sender
Kaneohe Omega Transmitter (Station C – 21.404700°N 157.830822°W ) war eine von zwei Stationen, die von der USCG betrieben wurden. Es wurde 1943 als VLF-Sender für U-Boot-Kommunikation eingeweiht. Die Antenne war eine Drahtspanne über dem Haiku- Tal. Ende der sechziger Jahre wurde er zu einem OMEGA-Sender umgebaut. 21°24′17″N 157°49′51″W /
La Moure Omega-Sender
La Moure Omega Mast | |
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Allgemeine Information | |
Status | Vollständig |
Typ | Maststrahler gegen Erde isoliert |
Standort | La Moure, North Dakota , USA |
Koordinaten | 46°21′57″N 098°20′08″W / 46,36583°N 98,33556°W |
Höhe | 365,25 m (1.198,33 Fuß) |
Gestaltung und Konstruktion | |
Hauptauftragnehmer | US-Küstenwache |
La Moure Omega Transmitter (Station D) in der Nähe von La Moure, North Dakota , USA bei 46,365944°N 98,335617°W ) war die andere Station, die von der USCG betrieben wurde. Als Antenne wurde ein 365,25 Meter hoher, vom Boden isolierter Abspannmast verwendet. Nach der Stilllegung von OMEGA wurde die Station zu NRTF LaMoure , einem VLF- U-Boot- Kommunikationsstandort. 46°21′57″N 98°20′08″W /
Chabrier Omega Sender
Chabrier Omega Mast | |
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Allgemeine Information | |
Status | Zerstört |
Typ | Abgespannter geerdeter Mast mit Schirmantenne |
Standort | Chabrier , Réunion |
Koordinaten | 20°58′27″S 55°17′24″E / 20.97417°S 55.29000°E |
Vollendet | 1976 |
Zerstört | 14. April 1999 |
Höhe | 428 m (1.404,20 Fuß) |
Gestaltung und Konstruktion | |
Hauptauftragnehmer | US-Küstenwache |
Der Chabrier Omega Transmitter (Station E) in der Nähe von Chabrier auf der Insel Réunion im Indischen Ozean bei 20°58′27″S 55°17′24″E / 20.97417°S 55.29000°E verwendete eine Schirmantenne, die auf einem 428 Meter langen, geerdeten Abspannmast installiert war . Der Mast wurde am 14. April 1999 mit Sprengstoff zerstört.
Trelew Omega-Sender
Station F, Trelew, Argentinien. 1998 abgerissen.
Woodside Omega-Sender
Station G, in der Nähe von Woodside, Victoria, Australien. Die Omega-Übertragungen wurden 1997 eingestellt, ein U-Boot-Kommunikationsturm wurde und 2015 abgerissen.
Omega-Turm, Tsushima
Omega-Mast, Tsushima | |
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Allgemeine Information | |
Status | Zerstört |
Typ | Maststrahler gegen Erde isoliert |
Standort | Tsushima , Japan |
Koordinaten | 34°36′53″N 129°27′13″E / 34,61472°N 129,45361°O |
Vollendet | 1973 |
Zerstört | 1998 |
Höhe | 455 m (1.492,78 Fuß) |
Gestaltung und Konstruktion | |
Hauptauftragnehmer | US-Küstenwache |
Der Shushi-Wan Omega Sender (Station H) in der Nähe von Shushi-Wan auf der Insel Tsushima auf 34°36′53″N 129°27′13″E / 34,61472°N 129,45361°O verwendet als Antenne einen 389 Meter hohen, gegen Erde isolierten Stahlrohrmast. Dieser 1973 gebaute Mast, das höchste Bauwerk Japans (und vielleicht der höchste jemals gebaute Stahlrohrmast), wurde 1998 per Kran demontiert. Auf seinem ehemaligen Gelände wurde ein ca. 8 Meter hohes Mahnmal bestehend aus dem Mastfuß (ohne Isolator) und einem Segment errichtet. An der Stelle des ehemaligen Helixgebäudes befindet sich heute ein Spielplatz.
OMEGA-Teststandorte
Zusätzlich zu den neun betriebsbereiten Omega-Türmen wurde der Turm in Forestport, NY , für frühe Tests des Systems verwendet.
Waldhafenturm
Kulturelle Bedeutung
Die Türme einiger OMEGA-Stationen waren die höchsten Bauwerke des Landes und manchmal sogar des Kontinents, auf dem sie standen. Im deutschen Science-Fiction-Roman "Der Komet" ( http://www.averdo.de/produkt/72105959/lutz-harald-der-komet/ ) wird ein großer Komet, der die Erde zu treffen droht, von eine in Area 51 auf dem Gebiet des stillgelegten OMEGA-Sendestandorts Paynesville in Liberia entwickelte Technologie, für die sie ein erforderliches niederfrequentes elektromagnetisches Feld liefert.
Das Finale der zweiten Staffel von True Detective heißt "Omega Station".
Siehe auch
- Alpha , das russische Pendant zum Omega-Navigationssystem, ist seit November 2017 noch teilweise im Einsatz.
- Decca Navigator Decca hatte zuvor ein System namens Delrac vorgeschlagen , auf dem Omega später basierte.
- LORAN , ein niederfrequentes terrestrisches Funknavigationssystem, das immer noch im Einsatz ist (US- und Kanada-Operationen wurden 2010 eingestellt).
- CHAYKA , das russische Pendant zu LORAN
- SHORAN
- Oboe (Navigation)
- GH (Navigation)
- GEE (Navigation)
Literaturverzeichnis
- Scott, RE 1969. Studie und Bewertung des Omega-Navigationssystems für die transozeanische Navigation der Zivilluftfahrt . FAARD-69-39.
- Asche, George P. USCG 1972. Omega-System der globalen Navigation. International Hydrographic Review 50 (1):87–99.
- Turner, Nikolaus. 1973. Omega: eine dokumentierte Analyse. Australisches Journal für internationale Angelegenheiten : 291–305.
- Pierce, JA 1974. Omega: Fakten, Hoffnungen und Träume . Cambridge Mass: Harvard Univ Div of Engineering and Applied Physics.
- Wilkes, Owen, Nils Petter Gleditsch und Ingvar Botnen. 1987. Loran-C und Omega: eine Studie über die militärische Bedeutung von Funknavigationshilfen . Oslo; Oxford; New York: Norwegische Universitätspresse/Oxford University Press. ISBN 82-00-07703-9
- Gibbs, Graham. 1997. Ein Produkt und ein globaler Markt vereinen: eine Erfolgsgeschichte des kanadischen Marconi-Unternehmens . Reston, VA: Amerikanisches Institut für Luft- und Raumfahrt. ISBN 1-56347-225-2 ; ISBN 978-1-56347-225-1 [Eine Fallstudie zur kommerziellen Entwicklung des Omega-Navigationssystems]
Verweise
Externe Links
- Medien zum Omega-Navigationssystem bei Wikimedia Commons
- Das Omega-Navigationssystem (1969) – USN-Schulungsfilm
- オメガ鉄塔建設工事の記録("Aufzeichnung des Tsushima Omega Turmbaus"), Japanisch, 1974
- http://www.jproc.ca/hyperbolic/omega.html
- NF Utility Stations 10-100 kHz (kompiliert von ZL4ALI)
- Bilder der ehemaligen OMEGA-Station La Moure
- Fotostory der Haiku Omega Station
- Ansichten aller acht Omega-Stationen