الملاحة اللاسلكية

الملاحة الراديوية هي استخدام الموجات الراديوية لتحديد موقع جسم ما على سطح الأرض ، سواء كان سفينة أو عائقًا. [ 1 ] [ 2 ] ومثل تحديد الموقع الراديوي ، فهي نوع من أنواع تحديد الموقع الراديوي .

تتمثل المبادئ الأساسية في القياسات من/إلى المنارات الكهربائية ، وخاصة

تعتبر مجموعات مبادئ القياس هذه مهمة أيضًا - على سبيل المثال، تقيس العديد من أجهزة الرادار مدى واتجاه الهدف.

أنظمة قياس المحامل

استخدمت هذه الأنظمة نوعًا من هوائيات الراديو الاتجاهية لتحديد موقع محطة البث على الأرض. ثم تُستخدم تقنيات الملاحة التقليدية لتحديد الموقع عبر الراديو . وقد طُورت هذه الأنظمة قبل الحرب العالمية الأولى، ولا تزال تُستخدم حتى اليوم.

تحديد اتجاه الراديو

كانت طائرة لوكهيد إلكترا التي كانت تقودها أميليا إيرهارت مزودة بحلقة رادارية بارزة على سقف قمرة القيادة.

كان أول نظام للملاحة اللاسلكية هو نظام تحديد الاتجاه الراديوي (RDF). [ 3 ] من خلال ضبط محطة إذاعية ثم استخدام هوائي اتجاهي ، يمكن تحديد اتجاه هوائي البث. بعد ذلك، يتم إجراء قياس ثانٍ باستخدام محطة أخرى. وباستخدام التثليث ، يمكن رسم الاتجاهين على خريطة، حيث يكشف تقاطعهما عن موقع الملاح. [ 4 ] [ 5 ] يمكن استخدام محطات الراديو التجارية ذات السعة المتوسطة (AM) لهذه المهمة نظرًا لمدى بثها الطويل وقدرتها العالية، ولكن تم أيضًا إنشاء سلاسل من منارات الراديو منخفضة الطاقة خصيصًا لهذه المهمة، لا سيما بالقرب من المطارات والموانئ.

كانت أنظمة تحديد الاتجاه الراديوي المبكرة تستخدم عادةً هوائيًا حلقيًا ، وهو عبارة عن حلقة صغيرة من سلك معدني مثبتة بحيث يمكن تدويرها حول محور رأسي. [ 3 ] في معظم الزوايا، يكون نمط استقبال الحلقة مسطحًا نسبيًا، ولكن عندما تكون عمودية على المحطة، فإن الإشارة المستقبلة على أحد جانبي الحلقة تلغي الإشارة على الجانب الآخر، مما ينتج عنه انخفاض حاد في الاستقبال يُعرف باسم "نقطة الصفر". من خلال تدوير الحلقة والبحث عن زاوية نقطة الصفر، يمكن تحديد الاتجاه النسبي للمحطة. يمكن رؤية الهوائيات الحلقية على معظم الطائرات والسفن التي صُنعت قبل عام 1950.

RDF العكسي

منارة أورفوردنيس كما تبدو اليوم.

تكمن المشكلة الرئيسية في تقنية تحديد الاتجاه الراديوي (RDF) في أنها تتطلب هوائيًا خاصًا على المركبة، وهو ما قد يصعب تركيبه على المركبات الصغيرة أو الطائرات ذات الطاقم الواحد. وثمة مشكلة أخرى أقل أهمية، وهي أن دقة النظام تعتمد إلى حد ما على حجم الهوائي، ولكن استخدام هوائيات أكبر حجمًا سيزيد من صعوبة التركيب.

خلال الفترة ما بين الحربين العالميتين الأولى والثانية ، طُورت عدة أنظمة تُثبّت هوائياتها الدوارة على الأرض. أثناء دوران الهوائي حول نقطة ثابتة، عادةً باتجاه الشمال، يُرسل إليه إشارة مورس التي تحمل حروف تعريف المحطة، ليتأكد المُستقبِل من أنه يستمع إلى المحطة الصحيحة. ثم ينتظر المُستقبِل وصول الإشارة إلى ذروتها أو اختفائها عندما يُشير الهوائي لفترة وجيزة نحوه. وبحساب زمن التأخير بين إشارة مورس وذروة الإشارة أو انعدامها، ثم قسمة الناتج على معدل دوران المحطة المعروف، يُمكن تحديد اتجاه المحطة.

كان أول نظام من هذا النوع هو جهاز إرسال البوصلة الألماني من شركة Telefunken ، الذي بدأ تشغيله عام 1907 واستُخدم عمليًا من قبل أسطول منطاد زبلين حتى عام 1918. [ 6 ] وقدّمت المملكة المتحدة نسخة محسّنة منه باسم منارة أورفوردنيس عام 1929، واستُخدمت حتى منتصف ثلاثينيات القرن العشرين. وتلتها عدة نسخ محسّنة، استبدلت الحركة الميكانيكية للهوائيات بتقنيات التزامن التي أنتجت نمط الإخراج نفسه دون أجزاء متحركة. ومن أطول الأمثلة استمرارًا نظام Sonne ، الذي دخل حيز التشغيل قبيل الحرب العالمية الثانية مباشرةً ، واستُخدم عمليًا تحت اسم Consol حتى عام 1991. ويعتمد نظام VOR الحديث على المبادئ نفسها (انظر أدناه).

قوات الدفاع الأسترالية وقاعدة البيانات الوطنية

شهدت تقنية تحديد الاتجاه الراديوي (RDF) تطوراً كبيراً تمثل في مقارنات طور الإشارة المقاسة على هوائيين صغيرين أو أكثر، أو باستخدام ملف لولبي واحد عالي التوجيه . تميزت هذه المستقبلات بصغر حجمها ودقتها وسهولة تشغيلها. ومع ظهور الترانزستور والدوائر المتكاملة ، انخفض حجم أنظمة تحديد الاتجاه الراديوي وتعقيدها بشكل كبير، ما جعلها شائعة الاستخدام مجدداً خلال ستينيات القرن الماضي، وعُرفت باسم جديد هو مُحدد الاتجاه التلقائي ( ADF).

أدى ذلك أيضًا إلى إحياء استخدام منارات الراديو البسيطة مع أنظمة تحديد الاتجاه الراديوي (RDF)، والتي تُعرف الآن باسم المنارات غير الاتجاهية (NDB). ونظرًا لقدرة إشارات التردد المنخفض/المتوسط ​​المستخدمة في منارات NDB على تتبع انحناء الأرض، فإن مداها أكبر بكثير من مدى نظام VOR الذي يعمل فقط في خط البصر . ويمكن تصنيف منارات NDB إلى طويلة المدى وقصيرة المدى بناءً على قدرتها. ويتراوح نطاق التردد المخصص لها بين 190 و1750  كيلوهرتز، ولكن يمكن استخدام النظام نفسه مع أي محطة تجارية شائعة تعمل على نطاق AM.

VOR

محطة إرسال VOR

نظام VHF متعدد الاتجاهات ، أو VOR، هو تطبيق لنظام RDF العكسي، ولكنه أكثر دقة وقادر على التشغيل الآلي بالكامل.

تبث محطة VOR إشارتين صوتيتين على موجة حاملة VHF - الأولى هي شفرة مورس بتردد 1020  هرتز لتحديد المحطة، والأخرى  إشارة صوتية مستمرة بتردد 9960 هرتز مُعدّلة بتردد 30  هرتز، مع تحديد نقطة الصفر بالنسبة للشمال المغناطيسي. تُدار هذه الإشارة ميكانيكيًا أو كهربائيًا بتردد 30  هرتز، فتظهر  كإشارة AM بتردد 30 هرتز مضافة إلى الإشارتين السابقتين، ويعتمد طورها على موقع الطائرة بالنسبة لمحطة VOR.

إشارة VOR عبارة عن موجة حاملة بتردد لاسلكي واحد، يتم فك تشفيرها إلى إشارة صوتية مركبة تتألف من  إشارة مرجعية بتردد 9960 هرتز مُعدّلة بتردد 30  هرتز،  وإشارة مرجعية AM بتردد 30 هرتز، وإشارة "تحديد" بتردد 1020  هرتز لتحديد المحطة. يتم تحويل هذه الإشارة الصوتية إلى أداة ملاحة قابلة للاستخدام بواسطة مُحوّل ملاحة، حيث يأخذ الإشارة المرجعية ويقارن طورها مع الإشارة المتغيرة. يتم عرض فرق الطور بالدرجات على شاشات الملاحة. يتم تحديد المحطة بالاستماع إلى الصوت مباشرةً، حيث يتم ترشيح إشارتي 9960  هرتز و30  هرتز من نظام الاتصالات الداخلي للطائرة، ليتبقى فقط  تحديد المحطة بتردد 1020 هرتز باستخدام شفرة مورس.

يمكن استخدام النظام مع جهاز استقبال مسار الانزلاق وجهاز استقبال منارة التحديد المتوافقين، مما يجعل الطائرة قادرة على استخدام نظام الهبوط الآلي (ILS). بمجرد أن يصبح اقتراب الطائرة دقيقًا (أي أن الطائرة في "المكان الصحيح")، سيتم استخدام جهاز استقبال VOR على تردد مختلف لتحديد ما إذا كانت الطائرة موجهة "في "الاتجاه الصحيح". عادةً ما تستخدم بعض الطائرات نظامي استقبال VOR، أحدهما في وضع VOR فقط لتحديد "المكان الصحيح"، والآخر في وضع ILS بالتزامن مع جهاز استقبال مسار الانزلاق لتحديد "الاتجاه الصحيح". يتيح الجمع بين النظامين اقترابًا دقيقًا في الأحوال الجوية السيئة. [ 7 ]

أنظمة الحزم

تبث أنظمة الحزم إشارات ضيقة في السماء، ويتم التوجيه عن طريق إبقاء الطائرة في مركز الحزمة. تُستخدم عدة محطات لإنشاء مسار جوي ، حيث يقوم الملاح بضبط الترددات على محطات مختلفة على طول اتجاه الرحلة. كانت هذه الأنظمة شائعة في عصر كانت فيه الأجهزة الإلكترونية ضخمة ومكلفة، لأنها فرضت متطلبات دنيا على أجهزة الاستقبال - كانت ببساطة أجهزة راديو صوتية مضبوطة على ترددات محددة. مع ذلك، لم توفر هذه الأنظمة إمكانية التوجيه خارج نطاق الحزم، وبالتالي كانت أقل مرونة في الاستخدام. أدى التصغير السريع للأجهزة الإلكترونية خلال الحرب العالمية الثانية وبعدها إلى جعل أنظمة مثل VOR عملية، وسرعان ما اختفت معظم أنظمة الحزم.

لورينز

في فترة ما بعد الحرب العالمية الأولى، طورت شركة لورنز الألمانية وسيلةً لبث إشارتين لاسلكيتين ضيقتين مع تداخل طفيف في المنتصف. ومن خلال بث إشارات صوتية مختلفة في الحزمتين، يستطيع جهاز الاستقبال تحديد موقعه بدقة عالية على طول خط المنتصف بالاستماع إلى الإشارة عبر سماعات الرأس. وقد بلغت دقة النظام أقل من درجة واحدة في بعض أشكاله.

كان يُعرف في الأصل باسم "Ultrakurzwellen-Landefunkfeuer" (LFF)، أو ببساطة "Leitstrahl" (شعاع التوجيه)، ولم تكن الموارد المالية المتاحة لتطوير شبكة من المحطات كافية. ولذلك، قادت الولايات المتحدة أول شبكة ملاحة لاسلكية واسعة النطاق، باستخدام الترددات المنخفضة والمتوسطة (انظر LFF أدناه). استؤنف تطوير النظام في ألمانيا في ثلاثينيات القرن العشرين كنظام قصير المدى يُستخدم في المطارات كأداة مساعدة للهبوط الآلي . وعلى الرغم من وجود بعض الاهتمام بنشر نظام متوسط ​​المدى مثل نظام LFF الأمريكي، إلا أن عملية النشر لم تكن قد بدأت بعد عندما تم دمج نظام الشعاع مع مفاهيم توقيت أورفوردنس لإنتاج نظام Sonne عالي الدقة. في جميع هذه الأدوار، كان النظام يُعرف بشكل عام باسم "شعاع لورنز". وكان لورنز سلفًا مبكرًا لنظام الهبوط الآلي الحديث .

في الفترة التي سبقت الحرب العالمية الثانية مباشرة، طُوّر المفهوم نفسه كنظام قصف عشوائي. استخدم هذا النظام هوائيات ضخمة لتوفير الدقة المطلوبة على مسافات طويلة (فوق إنجلترا)، وأجهزة إرسال فائقة القوة. استُخدم شعاعان من هذا النوع، يتقاطعان فوق الهدف لتحديد موقعه بدقة. يدخل القاذفون أحد الشعاعين ويستخدمونه للتوجيه حتى يستقبلوا الشعاع الثاني في جهاز استقبال لاسلكي ثانٍ، مستخدمين تلك الإشارة لتوقيت إسقاط قنابلهم. كان النظام دقيقًا للغاية، واندلعت " معركة الشعاعين " عندما حاولت أجهزة الاستخبارات البريطانية ، ونجحت في النهاية، في تعطيل النظام باستخدام الحرب الإلكترونية .

نطاق الراديو منخفض التردد

محطة أرضية LFR

في عام 1926 بدأ المكتب الوطني للمعايير بتطوير نطاق الراديو منخفض التردد ، أو نظام النطاق ذي الأربعة مسارات. [ 8 ]

تألفت المحطات الأرضية من أربعة هوائيات تُسقط نمطين متداخلين من إشارات مورس على شكل الرقم ثمانية، بزاوية 90 درجة بينهما. كان أحد هذين النمطين مُشفّرًا بإشارة مورس "A" (ديت-داه)، والنمط الثاني "N" (داه-ديت). نتج عن ذلك ربعان متقابلان "A" وربعان متقابلان "N" حول المحطة. شكلت الحدود بين هذه الأرباع أربعة مسارات أو "حزم"، وإذا طار الطيار على طول هذه الخطوط، اندمجت إشارتا "A" و"N" لتشكلا نغمة ثابتة "على المسار الصحيح"، وكان الطيار "على الحزمة". أما إذا انحرف الطيار إلى أي من الجانبين، فستصبح نغمة "A" أو "N" أعلى، مما يُنبهه إلى ضرورة تصحيح مساره. عادةً ما كانت الحزم مُحاذية لمحطات أخرى لتشكيل مجموعة من الممرات الجوية ، مما يسمح للطائرة بالانتقال من مطار إلى آخر باتباع مجموعة مُحددة من المحطات. بلغت دقة المسار الفعالة حوالي ثلاث درجات، وهو ما وفر، بالقرب من المحطة، هوامش أمان كافية لعمليات الهبوط الآلي حتى في أدنى مستويات الارتفاع. في ذروة انتشارها، كان هناك أكثر من 400 محطة LFR في الولايات المتحدة. [ 9 ]

مسار الانزلاق ومحدد موقع نظام الهبوط الآلي (ILS)

أما أنظمة الشعاع المتبقية واسعة الاستخدام فهي مسار الانزلاق ومحدد الموقع في نظام الهبوط الآلي (ILS). يستخدم نظام الهبوط الآلي محدد الموقع لتحديد الموقع الأفقي، ومسار الانزلاق لتحديد الموقع الرأسي. يوفر نظام الهبوط الآلي دقةً كافيةً ومستوىً عالياً من الموثوقية يسمح بالهبوط الآلي.

للمزيد من المعلومات، انظر أيضاً:

أنظمة أجهزة الإرسال والاستقبال

يمكن تحديد المواقع باستخدام أي قياسين للزاوية أو المسافة. وقد أتاح ظهور الرادار في ثلاثينيات القرن العشرين وسيلةً لتحديد المسافة إلى أي جسم بشكل مباشر حتى على مسافات بعيدة. وسرعان ما ظهرت أنظمة الملاحة القائمة على هذه المفاهيم، وظلت مستخدمة على نطاق واسع حتى وقت قريب. واليوم، تُستخدم هذه الأنظمة بشكل أساسي في مجال الطيران، على الرغم من أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) قد حلّ محل هذا الدور إلى حد كبير.

الرادار وأجهزة الإرسال والاستقبال

كانت أنظمة الرادار المبكرة ، مثل نظام "تشين هوم" البريطاني ، تتألف من أجهزة إرسال ضخمة وأجهزة استقبال منفصلة. يرسل جهاز الإرسال دوريًا نبضة قصيرة من إشارة راديوية قوية، تُرسل إلى الفضاء عبر هوائيات البث. عندما تنعكس الإشارة عن هدف، ينعكس جزء منها عائدًا باتجاه المحطة، حيث يتم استقبالها. تمثل الإشارة المستقبلة جزءًا ضئيلاً من طاقة البث، ولذا يجب تضخيمها بقوة لاستخدامها.

تُرسل الإشارات نفسها عبر الأسلاك الكهربائية المحلية إلى محطة المشغل، المُجهزة بجهاز راسم إشارة . تُصدر الدائرة الإلكترونية المتصلة بجهاز راسم الإشارة إشارةً يزداد جهدها خلال فترة زمنية قصيرة، لا تتجاوز بضعة ميكروثوانٍ. عند إرسال هذه الإشارة إلى مدخل X في جهاز راسم الإشارة، يظهر خط أفقي على الشاشة. يبدأ هذا المسح بإشارة مُلتقطة من جهاز الإرسال، لذا يبدأ المسح عند إرسال النبضة. تُرسل الإشارات المُضخمة من جهاز الاستقبال إلى مدخل Y، حيث يؤدي أي انعكاس مُستقبل إلى تحرك الشعاع لأعلى على الشاشة. ينتج عن ذلك ظهور سلسلة من "الومضات" على طول المحور الأفقي، تُشير إلى الإشارات المنعكسة. بقياس المسافة من بداية المسح إلى الومضة، والتي تُقابل الفترة الزمنية بين الإرسال والاستقبال، يُمكن تحديد المسافة إلى الجسم.

بعد فترة وجيزة من ظهور الرادار، ظهر جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي . يتكون هذا الجهاز من جهاز استقبال وجهاز إرسال يعملان بشكل آلي؛ فعند استقبال إشارة معينة، عادةً ما تكون نبضة على تردد معين، يرسل الجهاز نبضة استجابةً لها، عادةً ما تكون متأخرة بفترة زمنية قصيرة جدًا. استُخدمت أجهزة الإرسال والاستقبال في البداية كأساس لأنظمة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) المبكرة ؛ حيث تظهر الطائرات المزودة بالجهاز المناسب على الشاشة كجزء من عملية الرادار العادية، ثم تتسبب الإشارة الصادرة من الجهاز في ظهور ومضة ثانية بعد فترة وجيزة. تشير الومضات الفردية إلى العدو، بينما تشير الومضات المزدوجة إلى الصديق.

تتمتع أنظمة الملاحة القائمة على أجهزة الإرسال والاستقبال بميزة كبيرة من حيث دقة تحديد المواقع. تنتشر أي إشارة راديوية على مسافات طويلة، مُشكّلةً حزمًا شبيهة بالمروحة، كما في إشارة لورنز على سبيل المثال. ومع ازدياد المسافة بين المُرسِل والمُستقبِل، تتسع مساحة هذه الحزمة، مما يُقلل من دقة تحديد الموقع داخلها. في المقابل، تقيس الأنظمة القائمة على أجهزة الإرسال والاستقبال التوقيت بين إشارتين، وتعتمد دقة هذا القياس بشكل كبير على الجهاز نفسه فقط. وهذا ما يسمح لهذه الأنظمة بالحفاظ على دقتها على مسافات طويلة جدًا.

يمكن لأنظمة الإرسال والاستقبال الأحدث (الوضع S) أيضًا توفير معلومات الموقع، والتي ربما تكون مستمدة من نظام GNSS ، مما يسمح بتحديد مواقع الأهداف بدقة أكبر.

أنظمة القصف

كان نظام القصف العمياء الألماني Y-Gerät أول نظام ملاحة يعتمد على المسافة . استخدم هذا النظام شعاع لورنز لتحديد الموقع الأفقي، وجهاز إرسال واستقبال لتحديد المدى. كان نظام أرضي يرسل نبضات بشكل دوري، يستقبلها جهاز الإرسال والاستقبال المحمول جواً. ومن خلال قياس زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا على راسم إشارة الرادار، كان بالإمكان تحديد مدى الطائرة بدقة حتى في المسافات البعيدة جدًا. ثم يقوم المشغل بنقل هذه المعلومات إلى طاقم القاذفة عبر قنوات صوتية، ويحدد وقت إلقاء القنابل.

أدخل البريطانيون أنظمة مماثلة، أبرزها نظام أوبو . استخدم هذا النظام محطتين في إنجلترا تعملان بترددات مختلفة، مما سمح بتحديد موقع الطائرة بدقة في الفضاء. ولتخفيف عبء العمل على الطيار، استُخدمت محطة واحدة فقط للملاحة؛ فقبل المهمة، رُسمت دائرة فوق الهدف من إحدى المحطتين، ووُجهت الطائرة للطيران على طول هذه الدائرة بناءً على تعليمات المشغل الأرضي. أما المحطة الثانية، فاستُخدمت، كما في نظام واي-غيرات، لتحديد توقيت إلقاء القنبلة. وعلى عكس واي-غيرات، صُمم نظام أوبو عمدًا ليوفر دقة عالية جدًا، تصل إلى 35  مترًا، وهي دقة أفضل بكثير من أفضل أجهزة التصويب البصرية للقنابل .

كانت إحدى مشكلات نظام أوبو أنه يسمح بتوجيه طائرة واحدة فقط في كل مرة. وقد تم تدارك هذه المشكلة في نظام جي-إتش اللاحق بوضع جهاز الإرسال والاستقبال على الأرض وجهاز البث في الطائرة. ثم جرى فحص الإشارات على وحدات عرض جي الموجودة في الطائرة (انظر أدناه). لم يوفر نظام جي-إتش دقة نظام أوبو، ولكنه كان قابلاً للاستخدام من قبل ما يصل إلى 90 طائرة في وقت واحد. وقد شكل هذا المفهوم الأساسي أساس معظم أنظمة الملاحة لقياس المسافة حتى يومنا هذا.

المنارات

يكمن جوهر مفهوم جهاز الإرسال والاستقبال في إمكانية استخدامه مع أنظمة الرادار الحالية. صُمم رادار ASV الذي قدمته قيادة السواحل التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني لتتبع الغواصات والسفن من خلال عرض الإشارة من هوائيين متجاورين، مما يسمح للمشغل بمقارنة قوتهما النسبية. أدى إضافة جهاز إرسال واستقبال أرضي إلى تحويل الشاشة نفسها فورًا إلى نظام قادر على توجيه الطائرة نحو جهاز الإرسال والاستقبال، أو "المنارة" في هذه الحالة، بدقة عالية.

استخدم البريطانيون هذا المفهوم في نظام ريبيكا/يوريكا ، حيث كانت أجهزة الإرسال والاستقبال "يوريكا" التي تعمل بالبطاريات تُفعّل بواسطة أجهزة راديو "ريبيكا" المحمولة جواً، ثم تُعرض على أجهزة رادار ASV Mk. II. وقد زُوّد مقاتلو المقاومة الفرنسية بأجهزة يوريكا، التي استخدموها لطلب عمليات الإنزال الجوي بدقة عالية. وسرعان ما تبنّت الولايات المتحدة النظام لعمليات الإنزال المظلي، حيث كانت تُسقط أجهزة يوريكا مع قوات الاستطلاع أو المقاومة، ثم تتتبع تلك الإشارات لتحديد مناطق الإنزال.

استُخدم نظام الإشارات اللاسلكية على نطاق واسع في فترة ما بعد الحرب لأنظمة القصف العشوائي. ومن الجدير بالذكر الأنظمة التي استخدمها مشاة البحرية الأمريكية والتي سمحت بتأخير الإشارة بطريقة تُعدّل نقطة الإسقاط. وقد مكّنت هذه الأنظمة القوات على خط المواجهة من توجيه الطائرات إلى نقاط أمامها، وتوجيه النيران نحو العدو. كما استُخدمت الإشارات اللاسلكية على نطاق واسع للملاحة المؤقتة أو المتنقلة، نظرًا لصغر حجم أنظمة الإرسال والاستقبال وانخفاض استهلاكها للطاقة، وإمكانية حملها يدويًا أو تركيبها على سيارة جيب .

معدات طبية معمرة

في حقبة ما بعد الحرب، تم نشر نظام ملاحة عام يستخدم أنظمة تعتمد على أجهزة الإرسال والاستقبال كنظام معدات قياس المسافة (DME).

كان نظام DME مطابقًا لنظام Gee-H من حيث المبدأ، ولكنه استخدم إلكترونيات جديدة لقياس التأخير الزمني تلقائيًا وعرضه كرقم، بدلًا من قيام المشغل بقياس الإشارات يدويًا على راسم الإشارة. وقد أدى ذلك إلى احتمال حدوث تداخل في نبضات استجواب DME الصادرة من طائرات مختلفة، ولكن تم حل هذه المشكلة بجعل كل طائرة ترسل سلسلة مختلفة من النبضات التي يعيد جهاز الإرسال والاستقبال الأرضي إرسالها.

يُستخدم نظام قياس المسافة (DME) عادةً بالتزامن مع نظام تحديد المدى الراديوي (VOR)، ويتم تثبيته في محطة VOR. يتيح هذا الدمج لمحطة VOR/DME واحدة توفير كلٍ من الزاوية والمسافة، وبالتالي تحديد الموقع من محطة واحدة. كما يُستخدم نظام DME كأساس لقياس المسافة في نظام TACAN العسكري ، ويمكن لأجهزة الاستقبال المدنية استخدام إشارات DME الخاصة به.

الأنظمة الزائدية

أنظمة الملاحة القطعية هي شكل مُعدّل من أنظمة الإرسال والاستقبال، تُغني عن الحاجة إلى جهاز إرسال واستقبال محمول جوًا. ويُشير اسمها إلى أنها لا تُحدد مسافة أو زاوية واحدة، بل تُشير إلى موقع على طول عدد من الخطوط القطعية في الفضاء. ويُمكن تحديد الموقع من خلال قياسين من هذه الخطوط. ونظرًا لاستخدام هذه الأنظمة غالبًا مع خريطة ملاحية مُحددة مُرسم عليها الخطوط القطعية، فإنها تُحدد موقع المُستقبِل مباشرةً، مما يُغني عن الحاجة إلى التثليث اليدوي. ومع رقمنة هذه الخرائط، أصبحت هذه الأنظمة أول أنظمة ملاحية حقيقية لتحديد الموقع، حيث تُخرج موقع المُستقبِل على شكل خطوط الطول والعرض. وقد طُرحت أنظمة الملاحة القطعية خلال الحرب العالمية الثانية، وظلت الأنظمة الرئيسية للملاحة المتقدمة بعيدة المدى حتى حلّت محلها أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) في تسعينيات القرن الماضي.

يا إلهي

كان نظام جي البريطاني ، الذي طُوّر خلال الحرب العالمية الثانية ، أول نظام إحداثيات زائدية يُطوّر . استخدم نظام جي سلسلة من أجهزة الإرسال تُرسل إشارات مُوقّتة بدقة، حيث تغادر الإشارات المحطات بفواصل زمنية ثابتة. كانت الطائرات التي تستخدم نظام جي، وهي قاذفات القنابل الثقيلة التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني ، تفحص وقت وصول الإشارة على راسم الذبذبات في محطة الملاح. إذا وصلت الإشارة من محطتين في الوقت نفسه، فهذا يعني أن الطائرة على بُعد متساوٍ من كلا جهازي الإرسال، مما يسمح للملاح بتحديد خط الموقع على خريطته لجميع المواقع على تلك المسافة من كلتا المحطتين. في أغلب الأحيان، تُستقبل الإشارة من إحدى المحطتين قبل الأخرى. ويُظهر الفرق في التوقيت بين الإشارتين أنهما تقعان على منحنى من المواقع المحتملة. وبإجراء قياسات مماثلة مع محطات أخرى، يُمكن إنشاء خطوط موقع إضافية، مما يؤدي إلى تحديد الموقع بدقة. كانت دقة نظام جي تصل إلى حوالي 150 مترًا (165 ياردة) في المدى القصير، وإلى ميل واحد (1.6 كيلومتر) في المدى البعيد فوق ألمانيا. ظل استخدام Gee لفترة طويلة بعد الحرب العالمية الثانية، وتم تجهيز طائرات سلاح الجو الملكي البريطاني به حتى الستينيات (كان التردد التقريبي آنذاك 68 ميجاهرتز).    

لوران

مع دخول نظام جي حيز التشغيل عام ١٩٤٢، اعتُبرت الجهود الأمريكية المماثلة غير ضرورية. فوجهت الولايات المتحدة جهودها التطويرية نحو نظام ذي مدى أطول بكثير، قائم على المبادئ نفسها، باستخدام ترددات أقل بكثير، مما أتاح تغطية المحيط الأطلسي . وكانت النتيجة نظام لوران ، اختصارًا لـ"مساعدة الملاحة بعيدة المدى". إلا أن عيب استخدام الموجات الطويلة تمثل في انخفاض الدقة بشكل كبير مقارنةً بنظام جي عالي التردد. وقد استُخدم نظام لوران على نطاق واسع خلال عمليات القوافل في أواخر فترة الحرب. [ ١٠ ]

ديكا

كان نظام ديكا نافيغيتور نظامًا بريطانيًا آخر من نفس الحقبة. وقد اختلف هذا النظام عن نظام جي بشكل أساسي في أن الإشارات لم تكن نبضات متأخرة زمنيًا، بل إشارات مستمرة متأخرة طوريًا. وبمقارنة طور الإشارتين، يتم الحصول على معلومات فرق التوقيت كما في نظام جي. إلا أن عرض هذه المعلومات كان أسهل بكثير؛ إذ كان النظام قادرًا على إخراج زاوية الطور إلى مؤشر على قرص، مما أغنى عن أي تفسير بصري. ونظرًا لصغر حجم الدوائر الإلكترونية المسؤولة عن تشغيل هذا العرض، كانت أنظمة ديكا تستخدم عادةً ثلاثة شاشات عرض، مما يسمح بقراءة سريعة ودقيقة لمواقع متعددة. وقد وجد نظام ديكا ذروة استخدامه بعد الحرب على السفن، وظل قيد الاستخدام حتى تسعينيات القرن العشرين.

لوران-سي

بعد وقت قصير من إطلاق نظام لوران، بدأ العمل في عام 1952 على نسخة محسنة بشكل كبير. جمع نظام لوران-سي (الذي أصبح فيما بعد لوران-أ) بين تقنيات توقيت النبضات في جي ومقارنة الطور لنظام ديكا.

كان النظام الناتج (الذي يعمل في نطاق الترددات الراديوية المنخفضة (LF) من 90 إلى 110  كيلوهرتز) يتميز بمدى طويل (  يصل إلى 3400 ميل لمحطات بقدرة 60 كيلوواط) ودقة عالية. ولتحقيق ذلك، كان نظام LORAN-C يرسل إشارة نبضية، مع تعديل النبضات بإشارة AM ضمنها. وتم تحديد الموقع التقريبي باستخدام نفس أساليب جي، لتحديد موقع جهاز الاستقبال ضمن منطقة واسعة. ثم تم توفير دقة أعلى من خلال قياس فرق الطور بين الإشارتين، ودمج هذا القياس الثاني مع الأول. وبحلول عام 1962، كان نظام LORAN-C عالي القدرة مُستخدمًا في 15 دولة على الأقل. [ 11 ]

كان نظام لوران-سي معقدًا نسبيًا في الاستخدام، إذ تطلب غرفةً مجهزةً بأجهزةٍ لاستقبال الإشارات المختلفة. مع ذلك، ومع ظهور الدوائر المتكاملة ، تقلص حجمه تدريجيًا. وبحلول أواخر السبعينيات، أصبحت وحدات لوران-سي بحجم مضخم صوت ستيريو، وشائعة الاستخدام في معظم السفن التجارية، فضلًا عن بعض الطائرات الكبيرة. وفي الثمانينيات، صُغِّر حجمها أكثر لتصبح بحجم جهاز راديو تقليدي، وأصبحت شائعة حتى في قوارب النزهة والطائرات الخاصة. كان نظام الملاحة الأكثر استخدامًا خلال الثمانينيات والتسعينيات، وأدى انتشاره إلى إيقاف العديد من الأنظمة القديمة، مثل جي وديكا. مع ذلك، وكما هو الحال مع أنظمة الشعاع السابقة، لم يدم استخدام لوران-سي المدني طويلًا، إذ سرعان ما تفوقت عليه تقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأزاحته من السوق.

أنظمة زائدية أخرى

تضمنت الأنظمة القطعية المماثلة نظام الملاحة العالمي VLF / Omega الأمريكي، ونظام Alpha المماثل الذي نشره الاتحاد السوفيتي. اعتمدت هذه الأنظمة في تحديد توقيت النبضات ليس على مقارنة إشارتين، بل على مقارنة إشارة واحدة بساعة ذرية محلية . أُغلق نظام Omega، الذي كان مكلفًا في صيانته، عام ١٩٩٧ مع تحوّل الجيش الأمريكي إلى استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . أما نظام Alpha فلا يزال قيد الاستخدام.

نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية

طائرة سيسنا 182 مزودة بنظام إلكترونيات الطيران "قمرة القيادة الزجاجية" القائم على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

منذ ستينيات القرن الماضي، اتجهت الملاحة بشكل متزايد نحو أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية . وهي أنظمة تعتمد أساسًا على الإحداثيات القطعية [ 12 ] [ 13 ] ، حيث تدور أجهزة الإرسال في مدارات حول الأرض. ونظرًا لحركة الأقمار الصناعية بالنسبة لجهاز الاستقبال، فإنه من الضروري حساب مواقعها، وهو ما لا يمكن إنجازه بكفاءة إلا باستخدام الحاسوب.

ترسل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية عدة إشارات تُستخدم لفك تشفير موقع القمر الصناعي، والمسافة بينه وبين قمر المستخدم، والوقت الدقيق للمستخدم. إحدى هذه الإشارات تُشفّر بيانات المدار ، والتي تُستخدم لحساب موقع القمر بدقة في أي وقت. ونظرًا لتغير مدار القمر بفعل تقلبات الطقس الفضائي وغيرها من العوامل، يجب تحديث بيانات المدار دوريًا. كما تُرسل إشارات أخرى الوقت كما يقيسه الساعة الذرية الموجودة على متن القمر الصناعي . ومن خلال قياس أوقات وصول الإشارات من أربعة أقمار صناعية على الأقل، يستطيع جهاز استقبال المستخدم إعادة بناء إشارة ساعة دقيقة خاصة به، مما يسمح بإجراء الملاحة باستخدام نظام القطع الزائد.

تُوفر أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية دقةً أفضل من أي نظام أرضي، وهي متوفرة في جميع أنحاء العالم تقريبًا، ويمكن تطبيقها (من جانب جهاز الاستقبال) بتكلفة وتعقيد معقولين، باستخدام الإلكترونيات الحديثة، ولا تتطلب سوى بضع عشرات من الأقمار الصناعية لتوفير تغطية عالمية . ونتيجةً لهذه المزايا، أدى استخدام الملاحة عبر الأقمار الصناعية إلى توقف استخدام جميع الأنظمة السابقة تقريبًا . فقد اختفت أنظمة لوران، وأوميغا، وديكا، وكونسول، وغيرها الكثير خلال تسعينيات القرن الماضي والعقد الأول من الألفية الجديدة . أما الأنظمة الأخرى الوحيدة التي لا تزال قيد الاستخدام فهي أجهزة الملاحة الجوية، والتي يجري إيقاف تشغيلها أيضًا للملاحة بعيدة المدى، بينما يجري نشر أنظمة تحديد المواقع التفاضلية الجديدة لتوفير الدقة المحلية اللازمة للهبوط الآلي.

التنظيم الدولي

خدمة الملاحة الراديوية (اختصارًا: RNS ) هي – وفقًا للمادة 1.42 من لوائح الراديو (RR ) الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) [ 14 ] – تُعرَّف بأنها " خدمة تحديد الراديو لغرض الملاحة الراديوية ، بما في ذلك التحذير من العوائق " .

هذه الخدمة هي ما يسمى بخدمة سلامة الحياة ، ويجب حمايتها من التداخلات ، وهي جزء أساسي من الملاحة .

تم تصنيف خدمة الاتصالات اللاسلكية هذه وفقًا للوائح الراديو الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (المادة 1) على النحو التالي: خدمة تحديد الراديو (المادة 1.40).

الطيران

هوائي نظام الهبوط الآلي (ILS) في مطار هانوفر
هوائي تحديد اتجاه الترددات العالية جدًا (VHF) التابع لسلاح البحرية الملكية في ديستر بالقرب من هانوفر

خدمة الملاحة الراديوية الجوية (اختصارًا: ARNS ) هي – وفقًا للمادة 1.46 من لوائح الراديو (RR ) للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) [ 15 ] – تُعرَّف بأنها " خدمة ملاحة راديوية تهدف إلى منفعة الطائرات وتشغيلها الآمن ".

هذه الخدمة هي ما يسمى بخدمة سلامة الحياة ، ويجب حمايتها من التداخل ، وهي جزء أساسي من الملاحة .

البحرية

محطة أرضية للملاحة الراديوية ( جهاز إرسال لوران سي رانتوم)
محطة الملاحة الراديوية المتنقلة (RDF) 1930

خدمة الملاحة الراديوية البحرية (اختصارًا: MRNS ) هي – وفقًا للمادة 1.44 من لوائح الراديو (RR ) للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) [ 16 ] – تُعرَّف بأنها " خدمة ملاحة راديوية تهدف إلى منفعة السفن وتشغيلها الآمن ".

هذه الخدمة هي ما يسمى بخدمة سلامة الحياة ، ويجب حمايتها من التداخلات ، وهي جزء أساسي من الملاحة .

المحطات

محطة أرضية

1 بورصة دبي للطاقة؛ محطتان أرضيتان للملاحة الراديوية VOR

تُعرَّف محطة الملاحة الراديوية الأرضية – وفقًا للمادة 1.88 من لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) الراديوية (RR) [ 17 ] – بأنها " محطة راديو في خدمة الملاحة الراديوية غير مخصصة للاستخدام أثناء الحركة".

يُصنّف كل محطة إذاعية وفقًا لخدمة الاتصالات اللاسلكية التي تعمل ضمنها بشكل دائم أو مؤقت. تعمل هذه المحطة في خدمة تتعلق بسلامة الأرواح ، ويجب حمايتها من التداخلات .

وفقًا للوائح الراديو الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (المادة 1)، يمكن تصنيف هذا النوع من محطات الراديو على النحو التالي: محطة تحديد الراديو (المادة 1.86) التابعة لخدمة تحديد الراديو (المادة 1.40).

محطات الملاحة الراديوية البرية المختارة

محطة متنقلة

تُعرَّف محطة الملاحة الراديوية المتنقلة – وفقًا للمادة 1.87 من لوائح الراديو الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) [ 18 ] – بأنها " محطة راديو في خدمة الملاحة الراديوية مخصصة للاستخدام أثناء الحركة أو أثناء التوقف في نقاط غير محددة".

يُصنّف كل محطة إذاعية وفقًا لخدمة الاتصالات اللاسلكية التي تعمل ضمنها بشكل دائم أو مؤقت. تعمل هذه المحطة في خدمة تتعلق بسلامة الأرواح ، ويجب حمايتها من التداخلات .

وفقًا للوائح الراديو الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (المادة 1)، يمكن تصنيف هذا النوع من محطات الراديو على النحو التالي: محطة تحديد الراديو (المادة 1.86) التابعة لخدمة تحديد الراديو (المادة 1.40).

  • محطة راديو ملاحة متنقلة
محطات الملاحة الراديوية المتنقلة المختارة

انظر أيضاً

مراجع

  1. داتون، بنجامين (2004). "15 - الملاحة اللاسلكية الأساسية". الملاحة البحرية لداتون (  الطبعة 15). مطبعة المعهد البحري. الصفحات 154-163 . ISBN  155750248X.
  2. كايتون، مايرون؛ والتر ر. فريد (1997). "4 - أنظمة الملاحة الراديوية الأرضية". أنظمة الملاحة الإلكترونية للطيران . جون وايلي وأولاده. ص 99-177 . 
  3. 1 2 كايتون، فريد 1977، ص 116
  4. "مقدمة في تحديد اتجاه الراديو" . علم البيئة المعرفية . 22 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2024 .
  5. مورفي، تشارلز ج. (1983-06-01). تقييم نظام تحديد الاتجاه عبر التثليث من الشاطئ بتقنية VHF-FM في منطقة خليج ماساتشوستس (تقرير). خفر السواحل الأمريكي . تاريخ الاسترجاع: 2024-04-04 .
  6. باور، آرثر أو. (26 ديسمبر 2004). "بعض الجوانب التاريخية والتقنية للملاحة اللاسلكية في ألمانيا خلال الفترة من 1907 إلى 1945" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2013 .
  7. اختبار VOR/ILS باستخدام مولد الإشارة SMT
  8. كونواي، إريك (2006). عمليات الهبوط العمياء: عمليات الرؤية المنخفضة في الطيران الأمريكي، 1918-1958 . بالتيمور: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. الصفحات 59-60 . ISBN  9780801884498.
  9. "نطاق الراديو منخفض التردد، الطيران عبر الشعاع" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 يناير 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 فبراير 2021 .
  10. «نظام لوران-سي للملاحة» (ملف PDF) . جانسكي وبيلي. فبراير 1962. الصفحات 18-23 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 يوليو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2013 . 
  11. Jansky & Baily 1962، ص 23-37.
  12. "وجود وتفرد حلول نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)"، جيه إس أبيل وجيه دبليو تشافي، معاملات IEEE في أنظمة الفضاء الجوي والإلكترونية ، المجلد 26، العدد 6، الصفحات 748-53، سبتمبر 1991.
  13. "تعليقات على "وجود وتفرد حلول نظام تحديد المواقع العالمي" بقلم جيه إس أبيل وجيه دبليو تشافي"، بي تي فانغ، معاملات IEEE في أنظمة الفضاء والطيران والإلكترونيات ، المجلد 28، العدد 4، أكتوبر 1992.
  14. لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.42، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية
  15. لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.46، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية الجوية
  16. لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات اللاسلكية، القسم الرابع: محطات وأنظمة الراديو - المادة 1.44، التعريف: خدمة الملاحة الراديوية البحرية
  17. لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.88، التعريف: محطة أرضية للملاحة الراديوية
  18. لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية، القسم الرابع. محطات وأنظمة الراديو – المادة 1.87، التعريف: محطة راديوية متنقلة للملاحة