لوران

في اجتماع عُقد في الأول من أكتوبر عام 1940 للجنة الفنية التابعة لسلاح الإشارة بالجيش الأمريكي، اقترح ألفريد لوميس ، رئيس لجنة الميكروويف التابعة للجنة أبحاث الدفاع الوطني ، بناء نظام ملاحة زائدي. وتوقع أن يوفر هذا النظام دقة تصل إلى 300 متر (1000 قدم) أو أفضل على مدى 320 كيلومترًا (200 ميل) ، ومدى أقصى يتراوح بين 480 و800 كيلومتر (300-500 ميل) للطائرات التي تحلق على ارتفاعات عالية. أدى هذا إلى وضع مواصفات "معدات الملاحة الدقيقة لتوجيه الطائرات"، والتي أُعيدت إلى لجنة الميكروويف وتم تشكيلها تحت مسمى "المشروع 3". ^{[ 4 ] [ ب ]} أُرسلت طلبات شراء الأنظمة الأولية في اجتماع لاحق عُقد في 20 ديسمبر عام 1940. وكان إدوارد جورج بوين ، مطور أول أنظمة رادار محمولة جوًا ، حاضرًا أيضًا في اجتماع 20 ديسمبر. وذكر أنه على علم بأعمال مماثلة في المملكة المتحدة، لكنه لا يعرف عنها ما يكفي لتقديم أي اقتراحات. ^{[ 5 ]}   

انتقل المشروع 3 إلى مجموعة الملاحة التابعة لمختبر الإشعاع في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) الذي تم إنشاؤه حديثًا عام 1941. ^{[ 6 ]} عملت الأنظمة المبكرة بتردد حوالي 30  ميجاهرتز، ولكن تقرر لاحقًا تجربة معدات مختلفة يمكن ضبطها من 3 إلى 8  ميجاهرتز. ^{[ 6 ]} وُجد أن هذه الأنظمة ذات التردد المنخفض أكثر استقرارًا إلكترونيًا. بعد التفكير في البداية في إنشاء أجهزة إرسال على قمم الجبال، استقر الفريق بدلًا من ذلك على محطتين مهجورتين لخفر السواحل في مونتوك بوينت ، نيويورك، وفينويك آيلاند، ديلاوير . ^{[ 7 ]} أما بالنسبة للاستقبال، فقد تم تجهيز سيارة ستيشن واجن بجهاز استقبال بسيط وأُرسلت في أنحاء البلاد بحثًا عن إشارات قوية، والتي تم العثور عليها في أماكن بعيدة مثل سبرينغفيلد، ميسوري . ^{[ 6 ]}

بدأ الفريق العمل بنظام إنتاجي يستخدم شاشة عرض دائرية من نوع J-scope لتحسين الدقة. بينما تمثل شاشة A-scope الأكثر شيوعًا المسافات عبر قطر الأنبوب، تعرض شاشة J-scope هذه المسافات كزاوية حول وجه أنبوب أشعة الكاثود . ^{[ 8 ]} يزيد هذا من مساحة العرض على المقياس بمعامل π لأي حجم شاشة محدد، مما يحسن الدقة. على الرغم من استخدام شاشة J-scope، واعتماد تغيير التردد المنخفض لمزيد من الاستقرار، وجد الفريق صعوبة بالغة في قياس المدى بدقة. في ذلك الوقت، كانت عملية توليد نبضات إشارات حادة في مراحلها الأولى، وكانت إشاراتها متباعدة زمنيًا بشكل كبير، مما جعل القياسات صعبة. ^{[ 4 ]}

في ذلك الوقت، كان الفريق قد اطلع على جهود المملكة المتحدة في مشروع "جي" ، وعلم أن "جي" يستخدم نظامًا من الومضات الإلكترونية التي تُنتج نقاطًا على الشاشة تتوافق بدقة مع توقيت النظام. فأرسلوا فريقًا إلى المملكة المتحدة للتعرف على مفهوم الومضات، واعتمدوه فورًا في عملهم. وكجزء من هذا التبادل، وجد فريق المشروع 3 أيضًا أن "جي" يكاد يكون مطابقًا لنظامهم من حيث المفهوم والأداء المطلوب. وعلى عكس نظامهم، كان تطوير "جي" قد اكتمل إلى حد كبير، وكان في طريقه إلى الإنتاج. فتقرر التخلي عن الجهود الحالية، ^{[ 9 ]} واستخدام "جي" على طائراتهم، وإعادة تطوير نظامهم ليتناسب مع مهام المدى البعيد. ^{[ 10 ]}

أدى قرار التحول إلى دور المدى البعيد إلى الاستغناء عن الدقة العالية لنظام جي، مما قلل بشكل كبير من الحاجة إلى معالجة مشاكل التوقيت. كما استلزم هذا التغيير في الغرض استخدام ترددات أقل، والتي يمكن أن تنعكس عن طبقة الأيونوسفير ليلاً ، وبالتالي توفر إمكانية التشغيل عبر الأفق. تم اختيار نطاقين تردديين مبدئيًا، 1.85 و1.95  ميجاهرتز للاستخدام الليلي (160 مترًا)، و7.5  ميجاهرتز (40 مترًا).  لم يُستخدم نطاق 7.5 ميجاهرتز، المُسمى "HF" على أجهزة الاستقبال الأولى، عمليًا قط. ^{[ 10 ]}

في منتصف عام 1942، أُرسل روبرت ديبي ، كبير مطوري نظام جي في مؤسسة أبحاث الاتصالات (TRE) بالمملكة المتحدة، إلى الولايات المتحدة لمدة ثمانية أشهر للمساعدة في تطوير نظام لوران. في ذلك الوقت، كان المشروع يُدار بشكل أساسي من قبل الكابتن هاردينغ من البحرية الأمريكية، وكان تركيزهم مُنصبًا بالكامل على نظام يُستخدم على متن السفن. أقنعهم ديبي بإمكانية وجود نسخة محمولة جوًا، مما أثار اهتمام القوات الجوية للجيش الأمريكي . لم تكن البحرية راضية عن هذا التطور. كما أدخل ديبي عددًا من التغييرات البسيطة التي أثبتت فائدتها الكبيرة عمليًا. من بين هذه التغييرات، اشترط صراحةً أن تُبنى أجهزة استقبال لوران المحمولة جوًا بشكل مشابه لأجهزة استقبال جي، بحيث يُمكن استبدالها أثناء الخدمة ببساطة عن طريق استبدال وحدة الاستقبال. وقد أثبت هذا فائدة كبيرة؛ إذ كان بإمكان طائرات قيادة النقل التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني استبدال أجهزة الاستقبال الخاصة بها عند الانتقال من أو إلى مسرح العمليات الأسترالي . كما صمم ديبي أيضًا معدات توقيت المحطة الأرضية. ^{[ 10 ]}

في ذلك الوقت تقريبًا، انضم كل من خفر السواحل الأمريكي والبحرية الملكية الكندية إلى المشروع . كان المشروع لا يزال سريًا للغاية آنذاك، ولم تُشارك سوى معلومات قليلة، خاصةً مع خفر السواحل. ^{[ 11 ]} كان وجود ضابط اتصال كندي ضروريًا، إذ أن الموقع الأمثل للمحطات كان يتطلب وجود عدة محطات في مواقع مختلفة في المقاطعات البحرية الكندية . أثبت أحد المواقع في نوفا سكوتيا أنه موقع صعب؛ إذ كان يملكه صياد، وكانت زوجته المتسلطة، الممتنعة عن شرب الكحول ، ترفض بشدة أي علاقة مع رجال البحرية. عندما كانت لجنة اختيار الموقع، المكونة من جيه إيه فالدشميت والملازم أول أرجيل، تناقش الأمر مع الزوج، وصل زائر ثالث وعرض على الرجال سجائر. رفضوا، فسألتهم المضيفة إن كانوا يشربون الكحول. عندما أجابوا بالنفي، تم تأمين الأرض بسرعة. ^{[ 12 ]}

سرعان ما أصبح نظام لوران جاهزًا للنشر، وبدأ تشغيل أول سلسلة منه في يونيو 1942 في مونتوك بوينت وجزيرة فينويك. وانضمت إليها بعد ذلك بوقت قصير محطتان في نيوفاوندلاند ، في كيب بونافيستا وباتل هاربور، لابرادور ، ثم محطتان في كندا - نوفا سكوتيا، في باكارو وجزيرة ديمينغ. ^{[ 13 ]} وتم تركيب محطات إضافية على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة وكندا حتى أكتوبر، وأُعلن عن تشغيل النظام في أوائل عام 1943. وبحلول نهاية ذلك العام، تم تركيب محطات إضافية في غرينلاند وأيسلندا وجزر فارو وجزر هبريدس ، مما يوفر تغطية مستمرة عبر شمال المحيط الأطلسي. كما قامت قيادة السواحل التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني بتركيب محطة أخرى في شتلاند ، لتوفير التغطية فوق النرويج، التي كانت قاعدة انطلاق رئيسية للغواصات الألمانية والسفن الحربية. ^{[ 10 ]}

أدت المسافات الشاسعة وقلة نقاط الملاحة المفيدة في المحيط الهادئ إلى استخدام واسع النطاق لنظام لوران (LORAN) للسفن والطائرات على حد سواء خلال حرب المحيط الهادئ . وعلى وجه الخصوص، سمحت الدقة التي يوفرها نظام لوران للطائرات بتقليل كمية الوقود الإضافية التي كانت ستضطر لحملها لضمان الوصول إلى قواعدها بعد مهمة طويلة. وقد أتاح هذا التخفيض في حمولة الوقود زيادة حمولة القنابل. وبحلول نهاية الحرب العالمية الثانية ، كان هناك 72 محطة لوران، مع أكثر من 75000 جهاز استقبال قيد الاستخدام. ^{[ 10 ]}

أُضيفت سلاسل بث إضافية في المحيط الهادئ في فترة ما بعد الحرب. وشهدت البلاد طفرة في أعمال البناء عقب اندلاع الحرب الكورية ، شملت إنشاء سلاسل جديدة في اليابان وأخرى في بوسان بكوريا. كما تم تركيب سلاسل بث في الصين قبل نهاية الثورة الشيوعية الصينية ، وظلت هذه المحطات تعمل حتى تسعينيات القرن العشرين على الأقل. وفي عام 1965، شهدت البرتغال وجزر الأزور توسعًا كبيرًا أخيرًا، مما وفر تغطية إضافية لمنطقة وسط المحيط الأطلسي. ^{[ 3 ]}

خلال التجارب المبكرة على موجات السماء لنظام لوران، لاحظ جاك بيرس أن الطبقة العاكسة في طبقة الأيونوسفير كانت مستقرة نسبيًا في الليل. وقد أدى ذلك إلى إمكانية مزامنة محطتي لوران باستخدام إشارات موجات السماء، على الأقل في الليل، مما يسمح بفصلهما على مسافات أكبر بكثير. وتعتمد دقة النظام القطعي الزائد على المسافة الأساسية، لذا إذا أمكن توزيع المحطات على مسافات متباعدة، سيصبح النظام أكثر دقة، وبالتالي سيقل عدد المحطات المطلوبة لأي مهمة ملاحية مطلوبة. ^{[ 14 ]}

أُجريت أول تجربة لنظام اختبار في 10 أبريل 1943 بين محطتي لوران في فينويك وبونافيستا، واللتان تبعدان 1800 كيلومتر (1100 ميل) . أظهر هذا الاختبار دقة تصل إلى نصف ميل، وهي دقة أفضل بكثير من دقة نظام لوران العادي. أدى ذلك إلى جولة ثانية من الاختبارات في أواخر عام 1943، باستخدام أربع محطات هذه المرة: مونتوك، إيست بريستر، ماساتشوستس ؛ غوسبيري فولز، مينيسوتا ؛ وكي ويست، فلوريدا . ^{[ 15 ]} كشفت رحلات التقييم المكثفة عن متوسط ​​خطأ يتراوح بين 1.6 و3.2 كيلومتر (1-2 ميل) . ^{[ 16 ] [ 14 ]}  

كان نمط التشغيل الليلي مناسبًا تمامًا لقيادة قاذفات سلاح الجو الملكي البريطاني . تم تفكيك محطات الاختبار الأربع وشحنها عبر المحيط الأطلسي، ^{[ 16 ]} ثم إعادة تركيبها لتشكيل سلسلتين، أبردين - بنزرت ، ووهران - بنغازي . عُرف هذا النظام باسم "نظام لوران المتزامن مع سكاي ويف" أو "إس إس لوران" ، وقد غطى أي مكان جنوب اسكتلندا وشرقًا حتى بولندا بدقة متوسطة تبلغ ميلًا واحدًا. استُخدم النظام عمليًا في أكتوبر 1944، وبحلول عام 1945، تم تركيبه على نطاق واسع في المجموعة الخامسة التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني . ^{[ 17 ]}

تم اختبار المفهوم الأساسي نفسه بعد الحرب من قبل خفر السواحل الأمريكي في نظام يُعرف باسم "سكاي ويف لونغ بيسلاين لوران". وكان الاختلاف الوحيد هو اختيار ترددات مختلفة، 10.585  ميجاهرتز نهارًا، و2  ميجاهرتز ليلًا. أُجريت الاختبارات الأولية في مايو 1944 بين تشاتام، ماساتشوستس ، وفرناندينا بيتش، فلوريدا ، ومجموعة ثانية بين هوب ساوند، فلوريدا ، وبوينت تشيناتو، بورتوريكو ، في ديسمبر ويناير 1945-1946. ونظرًا لعدم توفر ترددات مناسبة، لم يُفعّل النظام. ^{[ 16 ]}

كان نظام لوران نظامًا بسيطًا يقارن أوقات وصول النبضات لإجراء القياس. من الناحية المثالية، تُعرض ومضات مستطيلة الشكل تمامًا على شاشة أنبوب أشعة الكاثود، ويمكن مقارنة حافتها الأمامية بدقة عالية. عمليًا، لا يمكن لأجهزة الإرسال أن تعمل وتتوقف فورًا، وبسبب عوامل متعددة، تتوزع الومضات الناتجة زمنيًا، مُشكلةً غلافًا . تعتمد حدة هذا الغلاف على التردد، ما يعني أن الأنظمة ذات التردد المنخفض مثل لوران ستكون لها دائمًا أغلفة أطول بنقاط بداية ونهاية أقل وضوحًا، وبالتالي تكون دقتها عمومًا أقل من الأنظمة ذات التردد العالي مثل جي. ^{[ 18 ]}

هناك طريقة مختلفة تمامًا لإجراء قياس التوقيت نفسه، لا بمقارنة توقيت أغلفة النبضات، بل بتوقيت طور الإشارات . وهذا في الواقع سهل التنفيذ باستخدام إلكترونيات بسيطة، ويمكن عرضه مباشرةً باستخدام مؤشر ميكانيكي بسيط. يكمن سر نجاح هذا النظام في ضمان تماسك طور المحطتين الأساسية والثانوية، وهو أمر معقد خلال الحرب العالمية الثانية. من خلال عزل الأجزاء المكلفة من النظام في محطات البث القليلة، بدأ نظام ديكا للملاحة العمل في عام 1944 باستخدام هذه التقنية، موفرًا دقة مماثلة لدقة جي، ولكن باستخدام شاشات عرض ميكانيكية منخفضة التكلفة، والتي كانت أيضًا أسهل بكثير في الاستخدام. ^{[ 19 ]}

من عيوب نظام مقارنة الطور أنه لا يمكن تحديد الجزء المراد قياسه من إشارة الموجة المستمرة، كما هو الحال في نظام ديكا. فقد تتم مقارنة الموجة الأولى من محطة ما بالموجة الأولى من محطة أخرى، لكن الموجة الثانية تبدو متطابقة، وقد يقوم المشغل بمحاذاة هاتين الموجتين بدلاً من الأولى. وهذا يؤدي إلى مشكلة تتمثل في إمكانية حصول المشغل على قياس دقيق، بينما قد يكون الموقع الفعلي في مواقع متعددة. هذه المواقع موزعة شعاعيًا حول المحطة، مما يعني أن الموقع قد يكون ضمن اتجاه شعاعي محدد أو على مسافة ثابتة من أي من الجانبين. وقد أطلقت ديكا على هذه المناطق الشعاعية اسم "المسارات"، واستخدمت نظامًا ميكانيكيًا لتحديد موقع جهاز الاستقبال فيها. ^{[ 19 ]}

بدمج مفهومي توقيت الغلاف ومقارنة الطور، يمكن التغلب على هاتين المشكلتين. ولأن مقارنة الطور تكون أكثر دقة عند الترددات المنخفضة نظرًا لتفاصيل الدوائر الإلكترونية، فإن تحديد المواقع بدقة سيعتمد على هذه التقنية. ولكن بدلًا من بث إشارة مستمرة، كما هو الحال في نظام ديكا، ستكون الإشارة على شكل نبضات. ستُستخدم هذه النبضات لتحديد الموقع تقريبًا باستخدام نفس تقنية نظامي جي أو لوران، لتحديد المسار بدقة. تكمن المشكلة الوحيدة من وجهة نظر التطوير في اختيار الترددات التي تسمح بأغلفة نبضات دقيقة نسبيًا مع الحفاظ على إمكانية قياس أشكال الموجات داخل النبضات، بالإضافة إلى تطوير شاشات عرض قادرة على إظهار النبضات ككل، والموجات داخلها.

أدت هذه المفاهيم إلى تجارب على نظام لوران منخفض التردد عام 1945، باستخدام تردد أقل بكثير يبلغ 180  كيلوهرتز. تم إنشاء نظام بثلاثة أجهزة إرسال على الساحل الشرقي للولايات المتحدة باستخدام هوائيات طويلة مدعومة ببالونات. أظهرت التجارب أن عدم الدقة المتأصل في التصميم عند العمل بمثل هذه الترددات المنخفضة كان كبيرًا جدًا لدرجة تجعله غير عملي؛ إذ تسببت عوامل التشغيل في أخطاء فاقت قدرات النظام. مع ذلك، أُعيد تركيب أجهزة الإرسال الثلاثة في شمال كندا وألاسكا لإجراء تجارب في الملاحة القطبية، واستمرت في العمل لمدة ثلاث سنوات حتى توقفت عن العمل مجددًا في مارس 1950. ^{[ 20 ]} أظهرت هذه التجارب دقة في حدود 0.15 ميكروثانية، أو حوالي 50 مترًا (0.031 ميل) ، وهو تقدم كبير مقارنةً بنظام لوران. بلغ أقصى مدى قابل للاستخدام 1600 كيلومتر (1000 ميل) فوق اليابسة و 2400 كيلومتر (1500 ميل) في البحر. باستخدام تقنية مطابقة الدورات، أظهر النظام دقة تصل إلى 49 مترًا (160 قدمًا) على مسافة 1210 كيلومترًا (750 ميلًا) . ^{[ 20 ]} ولكن تبيّن أيضًا أن النظام صعب الاستخدام للغاية، وأن القياسات لا تزال عرضة للالتباس بشأن الدورات التي يجب مطابقتها. ^{[ 21 ]}    

خلال الفترة نفسها، أبدى سلاح الجو الأمريكي اهتمامًا بنظام عالي الدقة لقصف أهداف محددة بدقة متناهية. فازت شركة رايثيون بعقد لتطوير نظام يُسمى "سايتاك"، والذي استخدم التقنيات الأساسية نفسها لنظام لوران منخفض التردد، ولكنه تضمن قدرًا كبيرًا من الأتمتة للتحكم في التوقيت داخليًا دون تدخل المشغل. وقد أثبت هذا النظام نجاحًا باهرًا، حيث وضعت التجارب الطائرة على بُعد 10 ياردات من الهدف. ومع تحوّل المهمة من قصف تكتيكي قصير المدى إلى إيصال أسلحة نووية عبر القطب، فقد سلاح الجو الأمريكي (الذي شُكّل حديثًا) اهتمامه بالمفهوم. ومع ذلك، واصلوا تجاربهم على الجهاز بعد تعديله للعمل على ترددات لوران منخفضة التردد وإعادة تسميته إلى "سايكلان"، مما أدى إلى انخفاض الدقة مقارنةً بالنظام الأصلي، ولكنه وفّر دقة معقولة في حدود ميل واحد على مسافات أطول بكثير. ^{[ 2 ]}

كانت البحرية الأمريكية تُجري تجارب على مفهوم مشابه خلال هذه الفترة، ولكن باستخدام طريقة مختلفة لاستخراج التوقيت. وقد واجه هذا النظام، الذي عُرف لاحقًا باسم لوران-ب ، مشاكل كبيرة (كما هو الحال مع نظام آخر تابع للقوات الجوية الأمريكية، وهو واين ، ونظام بريطاني مشابه، وهو بوبي ). ^{[ 22 ]} في عام 1953، تولت البحرية الأمريكية نظام سايكلان وبدأت سلسلة واسعة من الدراسات التي امتدت إلى مناطق بعيدة مثل البرازيل، مُثبتةً دقته التي تصل إلى حوالي 100 متر (330 قدمًا) . أُعلن عن تشغيل النظام في عام 1957، وسُلمت عمليات لوران وسيكلان إلى خفر السواحل الأمريكي في عام 1958. ^{[ 19 ]} في ذلك الوقت، أصبح نظام لوران الأصلي يُعرف باسم لوران-أ ^{[ 23 ]} أو لوران القياسي ، ^{[ 24 ]} وأصبح النظام الجديد يُعرف باسم لوران-ج . ^{[ ج ]} 

على الرغم من الزيادة الكبيرة في دقة وسهولة استخدام نظام لوران-سي، ظل نظام لوران-أ مستخدمًا على نطاق واسع. ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى عاملين مهمين. أولهما أن الإلكترونيات اللازمة لقراءة إشارة لوران-سي كانت معقدة، وفي عصر الإلكترونيات القائمة على الصمامات المفرغة، كانت كبيرة الحجم، وهشة، وباهظة الثمن. ثانيًا، مع انتقال السفن والطائرات العسكرية من نظام لوران-أ إلى نظام لوران-سي، أصبحت أجهزة الاستقبال القديمة فائضة عن الحاجة. وقد استغل الصيادون التجاريون وغيرهم من المستخدمين هذه الوحدات القديمة، مما أبقى النظام قيد الاستخدام على نطاق واسع. ^{[ 25 ]}

استمر نظام لوران-أ في التطور مع تحويل أجهزة الاستقبال إلى ترانزستورات، ثم أتمتتها باستخدام أنظمة تعتمد على المتحكمات الدقيقة التي تقوم بفك تشفير الموقع تلقائيًا. وبحلول أوائل سبعينيات القرن العشرين، أصبحت هذه الوحدات شائعة نسبيًا، على الرغم من أنها ظلت باهظة الثمن نسبيًا مقارنةً بأجهزة أخرى مثل أجهزة تحديد اتجاه الراديو . كان تطور الإلكترونيات خلال هذه الفترة سريعًا للغاية، لدرجة أنه لم يمضِ سوى بضع سنوات حتى توفرت وحدات لوران-ج ذات الحجم والتكلفة المماثلين. وقد أدى ذلك إلى قرار فتح نظام لوران-ج للاستخدام المدني في عام 1974. ^{[ 26 ]}

بحلول أواخر سبعينيات القرن العشرين، كانت خفر السواحل الأمريكية بصدد التخلص التدريجي من نظام لوران-أ لصالح سلاسل لوران-ج إضافية. أُغلقت سلاسل ألوشيان وهاواي في 1 يوليو 1979، وسلاسل ألاسكا والساحل الغربي المتبقية في 31 ديسمبر 1979، تلتها أجهزة الإرسال في المحيط الأطلسي والبحر الكاريبي في 31 ديسمبر 1980. ^{[ 27 ]} وحذت حذوها عدة سلاسل أجنبية في كل من المحيط الهادئ والمحيط الأطلسي، وبحلول عام 1985، لم تعد معظم السلاسل الأصلية تعمل. وظلت الأنظمة اليابانية تعمل لفترة أطول، حتى عام 1991، لخدمة أسطول الصيد الياباني. وظلت الأنظمة الصينية نشطة حتى تسعينيات القرن العشرين قبل استبدالها بأنظمة أكثر حداثة، ولا تزال سلاسلها التسع مدرجة كنشطة في المجلد السادس (طبعة 2000) من قائمة الإشارات اللاسلكية الصادرة عن الأميرالية .

يمكن تقسيم أنظمة الملاحة القطعية إلى فئتين رئيسيتين: الأولى تحسب فرق التوقيت بين نبضتين لاسلكيتين، والثانية تقارن فرق الطور بين إشارتين متصلتين. ولتوضيح المفهوم الأساسي، سيقتصر هذا القسم على طريقة النبضات فقط.

لنفترض وجود جهازي إرسال لاسلكيين يفصل بينهما مسافة 300 كيلومتر (190 ميلًا) ، ما يعني أن الإشارة اللاسلكية من أحدهما تستغرق 1 مللي ثانية للوصول إلى الآخر. أحد هذين الجهازين مزود بساعة إلكترونية تُرسل إشارة تشغيل دورية. عند إرسال الإشارة، يُرسل هذا الجهاز، وهو "الجهاز الأساسي"، إشارة إرساله. بعد 1 مللي ثانية، تصل هذه الإشارة إلى الجهاز الثاني، وهو "الجهاز الثانوي". هذا الجهاز مزود بجهاز استقبال، وعندما يستقبل إشارة الجهاز الأساسي، يُشغل جهاز الإرسال الخاص به. يضمن هذا أن يُرسل الجهازان إشاراتهما بفارق زمني دقيق قدره 1 مللي ثانية، دون أن يحتاج الجهاز الثانوي إلى مؤقت دقيق خاص به أو إلى مزامنة ساعته مع الجهاز الأساسي. عمليًا، يُضاف وقت ثابت لمراعاة التأخيرات في إلكترونيات جهاز الاستقبال. ^{[ 28 ]}    

يستقبل جهاز الاستقبال هذه الإشارات ويعرضها على راسم الإشارة، فيرى سلسلة من "الومضات" على الشاشة. وبقياس المسافة بينها، يمكن حساب التأخير بين الإشارتين. على سبيل المثال، قد يقيس جهاز الاستقبال المسافة بين ومضتين لتمثيل تأخير قدره 0.5  مللي ثانية. وهذا يعني أن الفرق في المسافة بين المحطتين هو 150  كيلومترًا. يوجد عدد لا نهائي من المواقع التي يمكن قياس هذا التأخير عندها - 75  كيلومترًا من إحدى المحطتين و225 كيلومترًا من الأخرى، أو 150  كيلومترًا من إحداهما و300 كيلومتر من الأخرى، وهكذا. ^{[ 28 ]}

عند تمثيلها بيانيًا، تُشكل مجموعة المواقع المحتملة لأي فرق زمني مُحدد منحنىً زائديًا. وتُشكل مجموعة المنحنيات لجميع التأخيرات المقاسة الممكنة مجموعة من الخطوط المنحنية المتشععة، متمركزة على الخط الواصل بين المحطتين، والمعروف باسم "خط الأساس". ^{[ 28 ]} ولتحديد الموقع، يأخذ جهاز الاستقبال قياسين بناءً على زوجين مختلفين من القياسات الأولية والثانوية. وعادةً ما ينتج عن تقاطع مجموعتي المنحنيات موقعان محتملان. وباستخدام شكل آخر من أشكال الملاحة، كالملاحة التقديرية على سبيل المثال، يُمكن استبعاد أحد هذين الموقعين المحتملين، مما يُتيح تحديد الموقع بدقة. ^{[ 29 ]}

بُنيت محطات لوران في سلاسل، محطة رئيسية واثنتان ثانويتان (بحد أدنى، وبلغ عدد السلاسل في بعض الأحيان خمس محطات)، تفصل بينها عادةً مسافة 970 كيلومترًا (600 ميل) . يبث كل زوج من المحطات على أحد الترددات الأربعة: 1.75، 1.85، 1.9، أو 1.95 ميجاهرتز، بالإضافة إلى التردد غير المستخدم 7.5 ميجاهرتز. ^{[ د ]} في أي موقع، كان من الشائع استقبال إشارات من أكثر من ثلاث محطات في الوقت نفسه، لذا كانت هناك حاجة إلى وسيلة أخرى لتحديد الأزواج. اعتمدت لوران على تغيير تردد تكرار النبضات (PRF) لهذه المهمة، حيث ترسل كل محطة سلسلة من 40 نبضة بمعدل 33.3 أو 25 نبضة في الثانية. ^{[ 10 ]}   

تم تحديد المحطات برمز بسيط - رقم يشير إلى نطاق التردد، وحرف لتردد تكرار النبضات، ورقم للمحطة ضمن السلسلة. على سبيل المثال، رُتبت المحطات الثلاث في جزر هاواي على شكل زوجين 2L 0 و2L 1. يشير هذا إلى أنها على القناة 2 (1.85  ميجاهرتز)، وتستخدم معدل التكرار المنخفض "L" (25 هرتز)، وأن اثنتين من المحطات تعملان على معدل التكرار الأساسي، بينما تستخدم المحطتان الأخريان (الرئيسية والثالثة) معدل التكرار 1. ^{[ 30 ] يمكن ضبط تردد تكرار النبضات من 25 إلى 25 و7/16 للتردد المنخفض، ومن 33 و1/3 إلى 34 و} 1/9 للتردد العالي. يتشارك هذا النظام البرج الأوسط، الذي يبث على كلا الترددين. ^{[ 31 ]}

في حالة نظام Gee، كانت الإشارات تُرسل مباشرةً من المُرسِل إلى المُستقبِل، مما يُنتج إشارةً نقيةً يسهل تفسيرها. عند عرضها على مسار واحد لشاشة CRT، يرى المُشغِّل سلسلةً من "الومضات" الحادة، تبدأ بالإشارة الأساسية، ثم إحدى الإشارات الثانوية، ثم الإشارة الأساسية مرةً أخرى، ثم الإشارة الثانوية الأخرى. صُممت شاشات Gee CRT لعرض مسارين، ومن خلال ضبط عدة دوائر تأخير، يستطيع المُشغِّل إظهار إشارة المسار الأساسي-الثانوي الأولى على الشاشة العلوية والثانية على الشاشة السفلية. وبذلك، يُمكنه قياس التأخيرين في الوقت نفسه. ^{[ 10 ]}

بالمقارنة، صُمم نظام لوران خصيصًا للسماح باستخدام الموجات السماوية، وكانت الإشارة المستقبلة الناتجة أكثر تعقيدًا بكثير. ظلت الموجة الأرضية واضحة نسبيًا، ولكن لم يكن بالإمكان استقبالها إلا على مسافات أقصر، وكانت تُستخدم بشكل أساسي خلال النهار. في الليل، قد يتم استقبال ما يصل إلى ثلاثين موجة سماوية مختلفة من جهاز إرسال واحد، وغالبًا ما تتداخل زمنيًا، مما يُنشئ نمط ارتداد معقد. نظرًا لأن النمط يعتمد على الظروف الجوية بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال، فإن النمط المُستقبل كان مختلفًا للمحطتين. قد يستقبل المرء موجة سماوية ذات ارتدادين من محطة ما في نفس الوقت الذي يستقبل فيه موجة ذات ثلاثة ارتدادات من محطة أخرى، مما يجعل تفسير العرض صعبًا للغاية. ^{[ 14 ]}

على الرغم من أن نظام لوران استخدم عمدًا نفس شاشة عرض نظام جي (Gee) بهدف مشاركة المعدات، إلا أن الإشارات كانت أطول وأكثر تعقيدًا بكثير من إشارات جي، ما جعل القياس المباشر للإشارتين مستحيلاً. حتى الإشارة الأولية من المحطة الرئيسية كانت متباعدة زمنيًا، حيث كانت إشارة الموجة الأرضية الأولية حادة (إن تم استقبالها)، بينما يمكن أن تظهر إشارات الموجة السماوية في أي مكان على الشاشة. وبناءً على ذلك، قام مشغل لوران بضبط التأخيرات بحيث تظهر الإشارة الرئيسية على مسار والإشارة الثانوية على مسار آخر، مما يسمح بمقارنة الأنماط المعقدة. هذا يعني أنه لا يمكن إجراء سوى قياس واحد للإشارة الرئيسية/الثانوية في كل مرة؛ وللحصول على "تحديد الموقع"، كان لا بد من تكرار إجراء القياس بالكامل مرة ثانية باستخدام مجموعة مختلفة من المحطات. كانت أوقات القياس تتراوح عادةً بين ثلاث إلى خمس دقائق، مما يتطلب من الملاح مراعاة حركة المركبة خلال هذه الفترة. ^{[ 10 ] [ 32 ]}

كانت وحدة الاستقبال المحمولة جواً الأصلية هي وحدة AN/APN-4 من عام 1943. وكانت مطابقةً تماماً لجهاز Gee البريطاني المكون من قطعتين، ويمكن استبدالها بسهولة بهذه الوحدات. كما احتوت الوحدة الرئيسية المزودة بالشاشة على معظم أدوات التحكم. يبدأ التشغيل العام باختيار إحدى المحطات التسع، المرقمة من 0 إلى 8، وضبط سرعة المسح على 1، وهو أدنى مستوى. ثم يستخدم المشغل أدوات التحكم في الشدة والتركيز لضبط الإشارة بدقة وتوفير عرض واضح. ^{[ 33 ]}

عند أدنى سرعة مسح، أنتج النظام إشارة محلية تُغذى إلى الشاشة، مُنتجةً "قاعدة" واضحة المعالم، وهي شكل مستطيل يُعرض على طول المسارين. ^{[ هـ ]} كما ظهرت الإشارة المُضخّمة من المحطات على الشاشة، مُضغوطة زمنيًا بشكل كبير، بحيث ظهرت على شكل سلسلة من النبضات الحادة (ومضات). ومع تكرار الإشارة، ظهرت هذه النبضات عدة مرات عبر عرض الشاشة. ولأن الشاشة مُعدّة للمسح بمعدل تكرار النبضات لزوج المحطات المُختار، فإن المحطات الأخرى في المنطقة، بمعدلات تكرار مختلفة، ستتحرك عبر الشاشة بينما تبقى المحطة المُختارة ثابتة. ^{[ 34 ]}

باستخدام مفتاح "اليسار-اليمين"، يقوم المشغل بتحريك القاعدة العلوية حتى تتمركز إحدى ذروات الإشارة داخلها، ثم يحرك القاعدة الموجودة على المسار السفلي لتمركز إشارة ثانية باستخدام أدوات التحكم في التأخير الخشن والدقيق. بمجرد الانتهاء من ذلك، يتم ضبط النظام على سرعة المسح 2، مما يؤدي إلى تسريع المسارات بحيث يملأ الجزء المحدد بالقواعد المسار بأكمله. تتكرر هذه العملية عند سرعة المسح 3، وعند هذه النقطة يظهر جزء محدد فقط من الإشارة على الشاشة. لا يؤدي الانتقال إلى سرعة المسح 4 إلى تغيير التوقيت، ولكنه بدلاً من ذلك يركب الإشارات على مسار واحد حتى يمكن إجراء الضبط النهائي، باستخدام أدوات التحكم في الكسب وتوازن المضخم. كان الهدف هو محاذاة المسارين بشكل مثالي. ^{[ 35 ]}

عند هذه النقطة، يبدأ القياس. يقوم المشغل بالتبديل إلى سرعة المسح 5، مما يعيد الشاشة إلى مسارين منفصلين، مع عكس الإشارات وتشغيلها بسرعة مسح أقل بحيث تظهر تكرارات متعددة للإشارة على المسارين. يتم دمج مقياس إلكتروني في الإشارة، يتم إنتاجه بواسطة مولد قاعدة زمنية ، مما يتسبب في ظهور سلسلة من النقاط الصغيرة فوق الإشارات الأصلية المعكوسة. عند الإعداد 5، تمثل النقاط على المقياس فروقًا قدرها 10 ميكروثانية، ويقيس المشغل المسافة بين المواضع. يتم تكرار ذلك للإعداد 6 عند 50 ميكروثانية، ومرة ​​أخرى عند الإعداد 7 عند 500 ميكروثانية. ثم يتم جمع الفرق المقاس عند كل إعداد من هذه الإعدادات لحساب إجمالي التأخير بين الإشارتين. ^{[ 35 ]} ثم يتم تكرار هذا الإجراء بالكامل لمجموعة ثانوية-أولية ثانية، غالبًا ما تكون المجموعة الثانية من نفس السلسلة ولكن ليس دائمًا.

شهدت وحدات الاستقبال تحسناً كبيراً مع مرور الوقت. وسرعان ما تم استبدال جهاز AN/APN-4 بجهاز AN/APN-9 الذي طُرح عام 1945، وهو وحدة متكاملة تجمع بين جهاز الاستقبال وشاشة العرض، وتتميز بوزنها الخفيف للغاية. ^{[ 3 ]}

خلال النهار، يعكس الغلاف الأيوني إشارات الموجات القصيرة بشكل ضعيف، وكان نظام لوران قابلاً للاستخدام على مسافة تتراوح بين 500 و700 ميل بحري (930-1300 كم) باستخدام الموجات الأرضية. أما في الليل، فقد انخفضت هذه الإشارات وانخفض المدى إلى ما بين 350 و500 ميل بحري (650-930 كم) . وفي الليل، أصبحت الموجات السماوية مفيدة للقياسات، مما وسّع المدى الفعال إلى ما بين 1200 و1400 ميل بحري (2200-2600 كم) . ^{[ 32 ]}   

في المسافات البعيدة، تقترب الخطوط القطعية من الخطوط المستقيمة المتشععة من مركز خط الأساس. عند النظر إلى إشارتين من هذا النوع من سلسلة واحدة، يصبح نمط الخطوط الناتج أكثر توازياً كلما صغرت مسافة خط الأساس مقارنةً بالمدى. وبالتالي، في المسافات القصيرة، تتقاطع الخطوط بزوايا تقارب 90  درجة، وتتناقص هذه الزاوية تدريجياً مع ازدياد المدى. ولأن دقة تحديد الموقع تعتمد على زاوية التقاطع، فإن جميع أنظمة الملاحة القطعية تصبح أقل دقة مع ازدياد المدى. ^{[ 36 ]}

علاوة على ذلك، أدت سلسلة الإشارات المستلمة المعقدة إلى تشويش كبير في قراءة إشارة لوران، مما استدعى بعض التفسير. وكانت الدقة تعتمد بشكل أكبر على جودة الإشارة وخبرة المشغل أكثر من أي حد أساسي للمعدات أو الإشارات. والطريقة الوحيدة للتعبير عن الدقة هي قياسها عمليًا؛ حيث بلغ متوسط ​​الدقة على الطريق من اليابان إلى تينيان، لمسافة 2300 كيلومتر (1400 ميل) ، 45 كيلومترًا (28 ميلًا) ، أي ما يعادل 2% من المدى. ^{[ 3 ]}  

كان نظام AT LORAN، اختصارًا لـ "القابل للنقل جوًا"، عبارة عن جهاز إرسال LORAN خفيف الوزن يمكن تركيبه بسرعة مع تحرك الجبهة. كانت عملياته مطابقة لنظام LORAN "العادي"، ولكن كان يُفترض غالبًا عدم توفر الخرائط وضرورة إعدادها ميدانيًا. أما نظام Mobile LORAN فكان نظامًا خفيف الوزن آخر، يُركّب على شاحنات. ^{[ 30 ]}