Curs Navigatie Electronica

of 105 /105
Navigaţie Electronică Navigaţie Electronică Navigaţie Electronică Navigaţie Electronică 1 Conf.univ.dr. Radu Hanzu-Pazara S.l.dr. Anastasia Varsami Navigaţie electronică (note de curs)

description

dfsafasfasfasfas

Transcript of Curs Navigatie Electronica

Page 1: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

1

Conf.univ.dr. Radu Hanzu-Pazara

S.l.dr. Anastasia Varsami

Navigaţie electronică (note de curs)

Page 2: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

2

Page 3: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

3

Sistemele electronice de navigaţie au apărut pe scara istoriei evoluţiei tehnice odată cu dezvoltarea tehnico-ştiinţifică şi industrială cunoscută de-a lungul secolului al XX-lea.

Necesitatea dezvoltării acestor mijloace de navigaţie s-a impus odată cu creşterea complexităţii activităţilor de transport pe apă.

Tehnicile tradiţionale de navigaţie utilizate până la începutul secolului al XX-lea ofereau suficientă precizie şi rapiditate în determinarea poziţiei comparativ cu nevoile de transport ale vremii. Aceste tehnici sunt folosite cu succes şi astăzi datorită independenţei faţă de resursele tehnice de la bordul navelor.

Principalul dezavantaj al tehnicilor tradiţionale de navigaţie este dat de imposibilitatea aplicării lor în orice condiţii de vreme şi/sau amplasare geografică. Alte dezavantaje ale procedeelor clasice sunt reprezentate de durata de timp necesară efectuării observaţiilor, erorilor aleatoare şi sistematice care pot apărea, etc.

Creşterea traficului de mărfuri transportate pe mare a dus la necesitatea apariţiei unor tehnici noi de determinare a poziţiei navei şi prezervarea drumului acesteia în condiţii de siguranţă. Odată cu dezvoltarea industrială din prima jumătate a secolului al XX-lea a apărut o nouă ramură a navigaţiei, bazată pe tehnologia electronică.

Începutul navigaţiei electronice a constat în introducerea la bordul navelor a radiogoniometrului, primul mijloc de navigaţie care a oferit independenţă de navigarea în condiţii de vizibilitate redusă. Mulţi ani a fost singurul mijloc de navigaţie radioelectronică.

În preajma celui de al doilea război mondial au apărut tehnici de radio şi hidro locaţie, destinate iniţial armatei, dar, mai apoi dezvoltate pe larg şi pentru navigaţia comercială.

Sistemele RADAR sunt utilizate atât pentru stabilirea poziţiei navei proprii cât şi pentru detecţia ţintelor apropiate. Necesităţile crescânde apărute după cel de-al doilea război mondial în ceea ce priveşte precizia şi fiabilitatea determinării poziţiei navei a dus la introducerea pe scară largă a sistemelor electronice de navigaţie hiperbolică Loran, Decca şi Omega.

În paralel cu tehnicile de navigaţie hiperbolică, odată cu dezvoltarea tehnologiilor spaţiale au fost introduse şi sistemele de navigaţie cu ajutorul sateliţilor artificiali. Există şi o serie de alte tehnici complementare de navigaţie electronică folosind principiul inerţiei (navigaţia inerţială).

Page 4: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

4

Page 5: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

5

1.1. Sisteme electronice de navigaţie şi frecvenţele de lucru ale acestora

Undele radio nu pot şi nu trebuie să respecte graniţele internaţionale, lucru ce a dus de multe ori la dispute între state privind utilizarea diferitelor frecvenţe. În acest context a apărut Organizaţia Internaţională pentru Telecomunicaţii (ITU), care reglementează şi alocă frecvenţe pentru diferite servicii, precum şi supraveghează modul de utilizare al acestora pe plan internaţional. Toţi utilizatorii sistemelor de telecomunicaţii trebuie să cunoască faptul că au dreptul, conform licenţei deţinute, să utilizeze numai anumite frecvenţe alocate în scopul transferului de informaţii. În caz contrar, în domeniul telecomunicaţiilor s-ar produce un adevărat haos, în special prin suprapunerea frecvenţelor de lucru ale diverşilor operatori.

Serviciile esenţiale de comunicaţii, aeriene, maritime şi terestre nu ar putea funcţiona altfel şi asigura în acelaşi timp gradul necesar de siguranţă şi securitate a serviciilor aferente.

Sistemele de navigaţie radio au necesitat întotdeauna o mare atenţie din partea operatorilor. Realizarea unor sisteme de navigaţie radio performante situate la bordul unei nave pe mare a creat multe probleme inginerilor navali. Nava fiind construită din oţel, care plutind în apă sărată devine un foarte bun generator de câmp electromagnetic, capabil să respingă sau să reflecte undele radio. De asemenea, altă problemă apărută în cazul navelor moderne, este reprezentată de suprastructurile metalice, care reprezintă obstacole în cale transmisiei şi recepţiei undelor radio, indiferent de performanţa antenelor amplasate la bord

Sistemele de navigaţie şi comunicaţii maritime au alocate frecvenţe specifice de lucru, astfel:

� Loran-C pe frecvenţa medie de 100 kHz � Navtex transmisii date pe 518 kHz � Voce, radiotelex şi comunicare digitală selectivă în banda de frecvenţă medie 1.6 –

3.4 MHz � Voce, radiotelex şi DSC în benzile de înaltă frecvenţă cuprinse între 3 şi 30 MHz � Voce şi DSC în banda de foarte înaltă frecvenţă 30 – 300 MHz � RADAR şi SART pe frecvenţa de 9 Ghz � GPS pe frecvenţe din banda L � Comunicaţii INMARSAT în banda de frecvenţă L

În fiecare caz, frecvenţa de lucru a fost aleasă pentru a satisface două criterii de bază, acela al ariei geografice acoperite şi al abilităţii de a transporta informaţiile necesare. Aria geografică acoperită de undele radio este influenţată de mulţi parametrii, aria poate fi definită, în principiu, de alegerea benzii de frecvenţă, care va determina metoda de propagare a undelor radio.

Page 6: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

6

Abreviere Banda Frecvenţa Lungimea de undă

AF Audio 0 Hz – 20 kHz ∞ la 15 km RF Radio 10 kHz – 300 GHz 30 km la 0,1 cm

VLF Ultra scurtă 10 – 30 kHz 30 km la 10 km LF Scurtă 30 – 300 kHZ 10 km la 1 km MF Medie 300 – 3000 kHz 1 km la 100 m HF Înaltă 3 – 30 MHz 100 m la 10 m

VHF Foarte înaltă 30 – 300 Mhz 10 m la 1 m UHF Ultra înaltă 300 – 3000 MHz 1 m la 10 cm SHF Supra înaltă 3 – 30 GHz 10 cm la 1 cm EHF Extrem de înaltă 30 – 300 GHz 1 cm la 0,1 cm

Tabelul 1.1 Spectrul frecvenţelor

Caracteristicile de propagare ale undelor radio depind de frecvenţa utilizată.

Denumire şi frecvenţă Mod de propagare Caracteristici Ultra scurtă 3 – 30 kHz Unde de suprafaţă (terestre) Transmiţătoare foarte puternice

şi antene mari Scurtă 30 – 300 kHz Unde de suprafaţă şi

componente reflectate de atmosferă

Transmiţătoare puternice, număr limitat de canale,

posibile distorsionări Medie 0.3 – 3 MHz Unde de suprafaţă ziua. Unele

componente reflectate de atmosferă noaptea

Acoperire mare noaptea, posibile distorsionări

Înaltă 3 – 30 MHz Unde reflectate de atmosferă pe distanţe mari

Acoperire globală utilizând reflecţia din ionosferă

Foarte înaltă 30 – 300 MHz În principal unde spaţiale Acoperirea depinde de înălţimea antenei

Ultra înaltă 0.3 – 3 GHz Numai unde spaţiale Utilizare sateliţi şi puncte terestre

Supra înaltă 3 – 30 GHz Numai unde spaţiale Sateliţi şi radar Extrem de înaltă 30 – 300 GHz Numai unde spaţiale Nu se utilizează pentru

comunicaţii mobile Tabelul 1.2 Caracteristicile benzilor de frecvenţă radio

1.2. Caracteristicile frecvenţelor utilizate

1.2.1. Banda de frecvenţă ultra scurtă

Propagarea semnalelor radio se face utilizând combinarea undelor terestre şi spaţiale. Necesită transmiţătoare de putere mare pentru a combate curbura terestră şi pot fi ghidate pe distanţe mari. Deoarece posedă o lungime de undă foarte mare necesită antene de dimensiuni mari. De exemplu, la 10 kHz lungimea de undă este de 30 km. O antenă eficientă trebuie să aibă o

Page 7: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

7

lungime de 15 km, uzual acestea se realizează cu sprijinirea capetelor antenei pe două vârfuri muntoase.

1.2.2. Banda de frecvenţă scurtă

Comunicarea se realizează în special cu unde terestre care se atenuează odată cu creşterea frecvenţei. Acoperirea depinde de amplitudinea puterii transmiţătorului şi de eficienţa antenei utilizate. Acoperirea aşteptată de la un transmiţător de putere dată este cuprinsă între 1500 şi 2000 km. Lungimea de unde se reduce în cazul utilizării de antene de dimensiuni mici. De asemenea, componenta atmosferică a propagării undelor scurte poate cauza anumite probleme pe timpul nopţii când se produce întoarcerea din ionosferă.

1.2.3. Banda de frecvenţă medie

Atenuarea undelor terestre creşte rapid cu frecvenţa, în capătul bandei efectul acesteia devine nesemnificativ. Pentru un transmiţător de putere dată, aşadar, acoperirea undelor terestre este inversă proporţional cu frecvenţă. Acoperirea tipică este cuprinsă între 1500 km până la sub 50 km pentru un semnal transmis, utilizând un transmiţător de 1 kW legat de o antenă corespunzătoare.

În banda de sub 1500 kHz, undele atmosferice se întorc din ionosferă atât ziua cât şi noaptea şi astfel transmisiile pe aceste unde nu pot fi realizate. Peste 1500 kHz undele reflectate au o mare fiabilitate dar sunt afectate de schimbările din ionosferă datorate modificărilor diurne, sezoniere şi a exploziilor solare.

1.2.4. Banda de frecvenţă înaltă

Această bandă de frecvenţă este utilizată în special pentru comunicaţiile terestre globale. Undele terestre sunt de asemenea atenuate odată cu creşterea frecvenţei. La capătul inferior al bandei, se pot utiliza unde terestre, dar modul general de propagare este cel atmosferic.

Deoarece ionizarea stratului înalt al atmosferei depinde de radiaţia solară, reflectarea undelor din ionosferă va fi sporadică, de asemenea predictibilă. În partea inferioară a benzii, pe durata zilei, undele sunt absorbite de atmosferă şi nu se mai reflectă. Comunicarea se realizează în principal cu ajutorul undelor terestre. Noaptea, de obicei, undele din partea inferioară a benzii se reflectă şi comunicarea poate fi realizată pe aceste frecvenţe, dar în general distorsionat. Undele din partea superioară a benzii trec de ionosferă şi se pierd. Cei mai mulţi operatori pe această bandă de frecvenţă evită utilizarea frecvenţelor din partea inferioară şi superioară a benzi, utilizând cu precădere frecvenţele din zona mediană a benzii.

1.2.5. Banda de frecvenţă foarte înaltă În acest caz, atât undele terestre, cât şi undele atmosferice sunt virtuale, inexistente şi pot fi

ignorate. Comunicarea se realizează cu ajutorul undelor spaţiale care pot fi reflectate de pământ.

Page 8: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

8

Undele spaţiale oferă efectiv comunicare directă şi în consecinţă, înălţimea antenei, atât a transmiţătorului, cât şi a receptorului devine un factor important. O antenă utilizată pentru comunicare în banda foarte înaltă poate fi de asemenea direcţională. Dispunerea de obiecte de dimensiuni mari în calea undelor spaţiale produc aşa numite „zone oarbe”, condiţii în care recepţia este extrem de dificilă, chiar imposibilă.

1.2.6. Banda de frecvenţă ultra înaltă

Undele spaţiale şi terestre reflectate sunt utilizate cu ajutorul unor sisteme de antene direcţionale eficiente. Distorsionarea semnalului este minimă, este posibilă afectarea polarizării undei în cazul undelor reflectate de pământ, fiind posibilă pierderea puterii semnalului. „Zonele oarbe” reprezintă în acest caz o problemă majoră.

1.2.7. Banda de frecvenţă supra înaltă

Frecvenţele din această bandă posedă lungimi de undă foarte scurte şi sunt cunoscute ca microunde. Comunicarea se realizează numai prin propagare spaţială. Din cauza lungimii de undă se pot utiliza numai antene compacte şi cu un grad ridicat de orientare. Această bandă este utilizată pentru transmisii radar şi comunicaţii prin satelit.

1.2.8. Banda de frecvenţă extrem de înaltă

Comunicarea se realizează exclusiv cu ajutorul undelor spaţiale. Se utilizează antene cu un înalt grad de orientare. Bruiajul şi pierderea semnalului reprezintă problemele majore ale acestei benzi. Banda nu este utilizată pentru comunicaţii în domeniul maritim.

Page 9: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

9

2.1. Principiul sistemelor hiperbolice

Principiul funcţionării sistemelor hiperbolice constă în măsurarea diferenţei de fază sau de timp dintre semnalele emise de două staţii situate la coastă şi recepţionate la bordul navei.

Dacă două staţii (X şi Y) transmit simultan câte un impuls radio, aceste semnale vor fi recepţionate simultan de către un receptor situat în punctele A, B sau C, puncte situate pe mediatoarea liniei care uneşte cele două staţii (denumită linia de bază).

În punctele situate mai aproape de staţia X decât faţă de staţia Y, va fi recepţionat mai întâi semnalul de la staţia X şi apoi semnalul de la staţia Y.

Fig. 2.1. Principiul sistemelor hiperbolice

Pentru un receptor situat în punctele P, Q sau R, unde diferenţa de distanţă între staţiile X şi Y este aceeaşi, diferenţa de timp între recepţionarea celor două semnale radio va fi aceeaşi.

Locul geometric determinat de punctele situate la egală diferenţă de distanţă faţă de două focare este hiperbola.

Ca urmare, pentru o pereche de staţii poate fi trasată o familie de hiperbole prin multiplicarea sau demultiplicarea unei anumite diferenţe de distanţă luată ca unitate de referinţă.

Page 10: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

10

În principiu, o navă dotată cu un receptor capabil să măsoare diferenţa de timp sau de fază dintre semnalele recepţionate, poate să determine hiperbola de poziţie pe care este situată nava la un moment dat.

Pentru a se obţine poziţia navei mai este necesară şi o a doua linie de poziţie. Ca urmare, pentru determinarea poziţiei navei în sistemele hiperbolice, este suficientă recepţionarea la un moment dat a trei staţii de emisie, care generează două perechi de semnale emise simultan.

Familiile de hiperbole generate de un astfel de lanţ de staţii sunt trasate pe harta de navigaţie.

Fig. 2.2. Familii de hiperbole pe harta LORAN

Page 11: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

11

2.2. Sistemul LORAN (LOLOLOLOng RARARARAnge NNNNavigation)

2.2.1. Introducere. Scurt istoric

Sistemul LORAN este un sistem electronic de navigaţie bazat pe staţii de emisie de la uscat, ce emis impulsuri în banda de frecvenţă joasă şi care este utilizat pentru determinarea poziţiei navelor şi a aeronavelor.

Acest procedeu de determinare a poziţiei a fost propus pentru întâia oară în anii 1930 şi implementat de către Amiralitatea Britanică în timpul celui de al doilea război mondial, sub denumirea „British Gee”.

Sistemul utiliza staţii de emisie grupate în staţii principale şi staţii secundare, situate la distanţe de aproximativ 100 mile între ele şi care utilizau frecvenţe cuprinse între 30 şi 80 Mhz. Utilizarea de frecvenţe din banda de foarte înaltă frecvenţă a făcut ca sistemul să nu aibă a arie de acoperire foarte mare, dar acest lucru nu reprezenta o problemă la acel moment, având în vedere utilizarea lui în scopul de a efectua raiduri aeriene asupra Germaniei.

Ulterior, sistemul a fost dezvoltat şi îmbunătăţit în cadrul Institutului Technologic din Massachusetts (S.U.A) şi astfel în anul 1943 existau un număr considerabil de staţii sub controlul Pazei de Coastă a Statelor Unite.

În stadiul iniţial, sistemul a fost cunoscut sub denumirea de Sistemul Loran sau LORAN – A. acest sistem opera pe frecvenţe cuprinse între 1850 kHz şi 1950 kHz, având staţii principale şi secundare situate la distanţe de 600 mile marine între ele. Prin utilizarea undelor terestre sistemul acoperea o arie de 600 până la 900 de mile marine pe timp de zi şi o arie de 1250 până la 1500 mile marine pe timp de noapte, pe timp de noapte utilizând şi unde reflectate atmosferic. Acurateţea poziţiei determinate cu ajutorul sistemului LORAN – A era de 1 milă marină pe timp de zi, utilizând numai unde terestre şi de 6 mile marine pe timp de noapte, utilizând şi unde reflectate.

Sistemul LORAN – A se baza pe măsurarea diferenţei de timp dintre recepţionarea semnalului de la staţia principală şi recepţionarea semnalului de la staţia secundară.

Sistemul LORAN – A a fost utilizat de Statele Unite până în anul 1980 când a fost înlocuit de sistemul LORAN – C. Utilizarea sistemului LORAN – A a continuat în alte zone de pe glob mult timp după apariţia sistemului LORAN – C, trecerea la acest nou sistem necesitând o perioadă mai mare de timp. Ultimul sistem LORAN – A operaţional se mai găseşte pe coastele Chinei.

2.2.2. Principiul sistemului LORAN

Staţia principală (Master) formează cu fiecare dintre staţiile secundare (Slave) o pereche de staţii. Staţiile LORAN emit semnale sub forma unor impulsuri de o anumită durată, care se repetă la intervale de timp regulate. Numărul de impulsuri transmise într-o secundă determină frecvenţa de repetiţie a impulsurilor (PRR – pulse reccurance rate).

Receptorul LORAN instalat la bordul navei măsoară diferenţa de timp dintre momentele recepţionării impulsurilor provenite de la o pereche de staţii. Diferenţele de timp sunt măsurate la precizie de microsecunde.

Page 12: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

12

Considerând viteza de propagare a undelor constantă, rezultă că diferenţa de timp din momentul recepţionării semnalelor este funcţie de diferenţa de distanţă dintre navă şi staţiile perechi recepţionate.

Fig. 2.3. Sistemul LORAN: două staţii de emisie caracterizate de impulsuri de lungime specificată

repetate la intervale de timp specifice

Locul geometric al punctelor de egală diferenţă de distanţă faţă de cele două staţii este hiperbola care are ca focare cele două staţii, respectiv, linia de poziţie LORAN.

Punctul navei se obţine prin intersectarea a cel puţin două linii de poziţie LORAN. Problema de poziţie se poate rezolva în două moduri, şi anume:

• pe hărţile LORAN unde sunt trasate reţele de hiperbole determinate de un lanţ de staţii; • prin trasarea unor porţiuni scurte ale hiperbolei de poziţie direct pr harta de navigaţie în

proiecţie Mercator, poziţia hiperbolelor fiind determinată cu ajutorul tablelor de punct LORAN.

2.2.3. Linii de poziţie LORAN

Considerând două staţii de emisie, A şi B, transmiţând simultan acelaşi tip de impulsuri şi situate la distanţă cunoscută.

Un receptor situat pe linia de bază determinată de cele două staţii va recepţiona ambele impulsuri la o diferenţă de timp determinată de poziţionarea acestuia faţă de cele două staţii.

Conform figurii 2.4. receptorul este situat mai aproape de staţia A decât de staţia B şi totalitatea punctelor de egală diferenţă de timp dintre semnalele recepţionate de la cele două staţii vor determina linia de poziţie LORAN sau hiperbola de poziţie.

Page 13: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

13

Fig. 2.4. Linia de poziţie a punctelor de egală diferenţă de timp determinată de semnalele emise simultan de două staţii LORAN

Linia de poziţie din figura 2.4. este reprezentată ca o hiperbolă a cărui focarele sunt reprezentate de cele două staţii de emisie. Din acest motiv, sistemul LORAN, şi alte sisteme similare, sunt cunoscute ca sisteme hiperbolice.

Diferenţa de timp poate să fie diferită şi hiperbolele trasate să fie la distanţe egale cu această diferenţă de timp, respectând regula ca focarele hiperbolelor trasate să fie reprezentate de staţiile de emisie, ca în figura 2.5.

Fig. 2.5. Linia de poziţie a punctelor de egală diferenţă de timp determinată de semnalele emise simultan de două staţii LORAN

Page 14: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

14

În cazul sistemului din figura 2.5., liniile de poziţie sunt dispuse simetric faţă de linia centrală. Totuşi, dacă singura informaţie primită de receptor este diferenţa de timp, atunci pot apărea ambiguităţi. Ambiguităţile pot fi evitate dacă considerăm că staţia secundară, B, depinde de impulsul recepţionat de la staţia A. Linia de poziţie obţinută în acest caz nu diferă de cazul iniţial, dar valorile diferenţelor de timp sunt diferite pentru fiecare linie de poziţie.

Fig. 2.6. Staţia B nu poate transmite până nu emite staţia A

În acest caz, staţia A este denumită staţie principală şi staţia B este denumită staţie secundară. Această situaţie, deşi aparent rezolvă problema ambiguităţii, creează de fapt o altă problemă. După cum se vede în figura 2.6., în regiunea de extensie a liniei de bază pentru staţia secundară B, diferenţă dintre timpi de recepţie a două seturi de impulsuri este mai mică, de fapt este chiar nulă. Astfel, în această regiune este imposibil de separat două impulsuri şi să se poată măsura diferenţa de timp dintre recepţionarea acestora.

Această lipsă se rezolvă prin întârzierea transmiterii impulsului de către staţia secundară pe o perioadă de timp cunoscută după recepţionarea impulsului de la staţia principală. Această întârziere este cunoscută ca întârziere de codificare sau întârziere intenţionată. În figura 2.7. se arată aplicarea acestei întârzieri de codificare, precum şi valoarea pe care poate să o aibă, particulară fiecărui caz în parte.

Diferenţa de timp dintre recepţionarea impulsului de la staţia principală până la recepţionarea impulsului de la staţia secundară este cunoscută sub denumirea de întârziere de emisie. Această este egală cu timpului necesar impulsului să parcurgă distanţa dintre staţia principală şi cea secundară, plus valoarea întârzierii de codificare.

În acest fel se elimină posibilele ambiguităţi şi întârzierea de codificare face să nu existe zone unde să nu se recepţioneze două impulsuri separate. Este important să se asigure că întârzierea de codificare este menţinută constantă, deoarece orice variaţie a valorii acesteia poate cauza erori în diferenţa de timp a recepţionării şi astfel în poziţionarea eronată.

Page 15: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

15

Fig. 2.7. Aplicarea întârzierii de codificare semnalului emis de staţia secundară

Liniile de poziţie astfel obţinute sunt trecute pe hărţi specifice arătându-se valoarea diferenţei de timp pentru fiecare linie de poziţie. Pentru aceasta se utilizează la bordul navelor un aparat de recepţie capabil să compare întârzierea în recepţionarea impulsurilor de la staţia principală şi cea secundară şi făcând posibilă punerea poziţiei navei pe linia de poziţie aferentă ( sau utilizând interpolarea între două linii de poziţie adiacente, în cazul în care diferenţa de timp obţinută nu este aceeaşi cu valoarea trecută în hartă). Cu toate acestea, pentru stabilirea unei poziţii exacte a navei, este necesară stabilirea poziţiei de-a lungul unei a doua linii de poziţie, ce intersectează prima linie de poziţie (reală sau interpolată), pentru aceasta utilizând altă pereche de staţii de emisie, staţia principală poate fi comună, dar staţia secundară trebuie să fie diferită faţă de cea folosită pentru determinarea primei linii de poziţie.

Page 16: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

16

Fig. 2.8. Determinarea poziţiei utilizând linii de poziţie de la două perechi de staţii principală - secundară

Page 17: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

17

3.1. Funcţionarea sistemului „LORAN – C”

Sistemul LORAN – C este derivat din sistemul LORAN – A şi a fost introdus spre utilizare în anul 1970, deoarece sistemul anterior nu mai oferea acoperirea şi acurateţea necesară, prezentul sistem putând rezolva aceste probleme.

În prezent sistemul de navigaţie hiperbolică LORAN – C dispune de 34 de staţii de emisie, cuprinse în 8 lanţuri.

Staţiile funcţionează pe frecvenţa de 100 kHZ, asigurând o precizie a punctului navei de 0,05 – 1,5 mile marine la distanţe faţă de staţia de emisie cuprinse între 1200 – 1400 mile marine, atât pe timp de zi cât şi pe timp de noapte, indiferent de anotimp.

Această precizie este obţinută prin compararea diferenţei de fază a oscilaţiilor impulsurilor recepţionate numai pe unde de suprafaţă.

Emiţătoarele LORAN – C pot produce o putere de emisie de 4 MW utilizând în acest scop o singură antenă verticală, cu înălţimi de până la 390 metri.

Distanţa liniei de bază dintre staţia principală şi staţiile secundare este în general de 600 mile marine. Lanţurile de staţii ale sistemul LORAN – C sunt formate dintr-o staţie principală (notată M) şi un număr de 2 – 4 staţii secundare (notate X, Y, W, Z), dispuse radial faţă de staţia principală.

Fig. 3.1. Lanţ de staţii ale sistemului de navigaţie hiperbolică LORAN-C

Page 18: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

18

3.2. Amplasarea lanţurilor „LORAN – C”

3.2.1. Acoperirea sistemului LORAN – C

Acoperirea LORAN-C depinde de staţiile de coastă ce sunt grupate în lanţuri. Informaţiile prezente referitoare la lanţurile de staţii, intervalul de repetiţie aferent fiecărui lanţ, locaţia, emisia şi întârzierea de codificare şi puterea nominală sunt prezentate în anexe pentru fiecare staţie inclusă într-un lanţ.

Diagramele sunt realizate pentru a arăta acoperirea estimată a undelor terestre pentru fiecare lanţ. Pe scurt, diagramele de acoperire sunt generate conform următoarelor criterii:

� Limitele preciziei punctului geometric: fiecare două linii de poziţie dintr-un lanţ au aceeaşi diferenţă de timp de 0,1 µs. Precizia punctului geometric este determinată la o valoare de 1500 picioare (aproximativ 500 metri), RMSd2 unde RMSd reprezintă

eroarea posibilă a poziţiei geometrice. Utilizând aceste condiţii un contur este generat în interiorul ariei lanţului reprezentând limitele de acurateţe a punctului geometric.

� Limitele de acoperire a semnalului (SNR): estimarea interferenţelor generate de factorii externi este proporţională cu puterea semnalului emis de fiecare staţie şi acoperirea semnalului se consideră în raport de 3:1 funcţie de această putere de emisie.

� Precizie estimată: acoperirea estimată pentru fiecare lanţ de staţii este determinată de limitele preciziei punctului geometric şi de limitele de acoperire ale semnalului. Unde limitele preciziei punctului geometric depăşesc limitele de acoperire ale semnalului, se utilizează valoarea limitelor de acoperire ale semnalului în determinarea diagramelor.

În figura 3.2. sunt prezentate modul de exprimare a valorilor factorului RMSd2 pentru

diferite perechi de staţii din partea de nord-est a SUA.

Fig. 3.2. Contururile zonelor egale cu RMSd2 pentru diferite lanţuri LORAN – C

Page 19: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

19

De exemplu, în diagrama A, se arată conturul zonei de precizie pentru pereche de staţii formată din staţia principală W (whiskey) şi staţia principală Y (yankee). Linia îngroşată exprimă valoarea lui RMSd2 pentru o zonă de precizie absolută de 500 metri, prima linie punctată pentru 300

metri şi a doua linie punctată pentru 150 metri. Diagrama completă de acoperire este ilustrată în figura 3.3. pentru staţiile arătate în figura

3.2.

Fig. 3.3. Lanţul LORAN – C din zona de nord-est a Statelor Unite

unde: M – Seneca, NY W – Caribou, ME X – Nantucket, MA Y – Carolina Beach, NC Z – Dana, IN SNR: 1:3 Precizia punctului: 1/4 mile marine (95% RMSd2 )

În figura 3.4.a, 3.4.b, 3.4.c şi 3.4.d sunt prezentate zonele globale de acoperire ale sistemului de navigaţie hiperbolică LORAN – C.

În cazul utilizării pentru determinarea poziţiei navei a sistemului LORAN – C trebuie în prealabil consultate avizele periodice pentru navigatori sau avizele speciale privind sistemul pentru a obţine informaţii asupra anumitor modificări ce pot apărea în caracteristicile sistemului.

Page 20: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

20

Fig. 3.4. a – Sistemul LORAN-C pentru Oceanul Pacific

Fig. 3.4. b Sistemul LOAN-C pentru Oceanul Atlantic

Page 21: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

21

Fig. 3.4. c Sistemul LORAN – C pentru nord-vest Europa

Fig. 3.4. d Sistemul LORAN – C pentru Arabia Saudită şi India

Fig. 3.4. Acoperirea globală a sistemul LORAN – C conform Admirality List of Radio Signals

volumul 2

Page 22: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

22

3.2.2. Staţii LORAN - C

Staţiile de emisie ale sistemului LORAN-C operează conform statutului lor în sistem, staţii principale şi staţii secundare, după cum urmează:

• staţia principală (Master) emite grupe de 9 impulsuri, cu o frecvenţă de repetiţie de 10 – 25 grupe/secundă;

• după ce staţia principală a emis primul grup de impulsuri, urmează o perioadă de pauză necesară undei directe să parcurgă spaţiul liniei de bază până la staţia secundară;

• în continuare, staţia secundară va emite o grupă de 8 impulsuri, pauza dintre impulsuri fiind de 1000 microsecunde.

Funcţie de divizarea intervalului de repetiţie, fiecare staţie a unui lanţ LORAN-C este codificată astfel:

SL2 – M unde: SL – rata de repetare a impulsului (PRR – pulse recurrance rate) 2 – intervalul de repetare a impulsului (PRI + pulse recurrance interval) M – staţie principală sau:

SL2 – Y unde: SL – rata de repetare a impulsului (PRR – pulse recurrance rate) 2 – intervalul de repetare a impulsului (PRI – pulse recurrance interval) Y – staţie secundară

Notarea hiperbolelor se face în mod similar, adăugându-se şi valoarea diferenţei de timp ce defineşte hiperbola de poziţie (în microsecunde), de forma:

SL2-Y-19724

sau sub forma: 7990 – Y - 19724

3.2.3. Receptoare LORAN - C

Pentru ca un receptor să aibă capacitatea de a arăta poziţia cu o precizie cerută de sistem, acesta trebuie să aibă următoarele caracteristici:

o recepţionarea semnalelor LORAN-C să fie automată; o identificarea automată a impulsurilor terestre emise de staţiile principale şi

secundare, şi realizarea unui ciclu complet al tuturor celor opt impulsuri pentru fiecare pereche de staţii principală-secundară folosite;

o urmărirea automată a semnalului din momentul în care recepţionarea a fost efectuată;

o ca o cerinţă minimă, afişarea a două citiri realizate în momente diferite cu o precizie de cel puţin 0,1 microsecunde;

o să aibă filtre pentru interferenţe, calibrate de către producător, pentru minimalizarea efectelor datorate interferenţelor frecvenţelor radio în aria de operare a sistemului.

Page 23: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

23

La unele receptoare mai vechi este necesară selectarea de către utilizator a lanţului de staţii şi a perechilor de staţii pe durata procesului de măsurare. Niciodată receptoarele nu vor procesa automat dacă utilizatorul a introdus latitudinea şi longitudinea navei, doar vor selecta cel mai bun lanţ de staţii şi perechi de staţii din zona respectivă. Procesul de selectare automată poate fi înlocuit cu selectarea manuală a staţiilor şi lanţurilor de staţii de către operator.

Având selectate staţiile principală şi secundară aferente, sistemul trebuie să primească semnale cu suficientă acurateţe pentru a permite poziţionare şi urmărirea acestora.

Timpul necesar procesării informaţiilor primite de la staţiile principală şi secundară şi afişarea poziţiei depinde de caracteristicile receptorului şi de rata semnalelor recepţionate.

Semnalul recepţionat trebuie să nu fie afectat de interferenţe determinate de alte semnale care ar putea apărea ca şi semnal primit şi astfel reducând rata semnalului loran recepţionat şi afectând precizia punctului de poziţie. Filtrele de purificare a semnalului cu care este prevăzut receptorul pot reduce influenţa interferenţelor. Aceste filtre pot fi presetate de către producător sau să fie ajustate de către operator.

Receptoarele moderne LORAN-C sunt prevăzute cu un ecran frontal care conţine elemente de afişaj, de regulă un ecran cu cristale lichide care este uşor de citit în orice condiţii de luminozitate şi o tastatură cu taste pentru funcţii şi taste numerice pentru introduce date sau schimba datele afişate. Pe ecran se afişează date ca: date generale şi de avertizare, informaţii despre staţia principală şi secundară utilizate, alarme, poziţia pentru momente diferite sau poziţia esprimată prin latitudine şi longitudine şi informaţii de navigaţie cum ar fi punctele de schimbare de drum, relevment şi distanţă până la punctul de schimbare de drum, abaterea de la drum, timpul până la schimbarea drumului, viteza şi cursul urmat. Unele receptoare pot utiliza ferestre diferite pentru informaţii, funcţie de alegerea operatorului. Diferenţele de timp sunt măsurate de către receptor şi pot fi convertite în latitudine şi longitudine cu ajutorul programului încorporat, acest program având în baza sa de date şi factori secundari de corecţie.

Receptoarele moderne oferă operatorului posibilitatea de a monitoriza deplasarea navei şi pentru a face modificările de drum necesare dacă este nevoie. Receptorul furnizează poziţia (exprimată ca diferenţă de timp sau latitudine şi longitudine) şi folosind o măsurare precisă a timpului poate oferi informaţii foarte utile efectuării navigaţiei, cum ar fi drumul urmat şi viteza navei.

Receptorul permite introducerea datelor punctelor de schimbare de drum şi realizează ruta ce trebuie urmată, astfel permiţând operatorului să monitorizeze deplasarea navei pe ruta determinată, oferind în acelaşi timp informaţii despre abaterea de la această rută, timpul rămas până la următorul punct de schimbare a drumului. Receptoarele de ultimă generaţie indică abaterea de la ruta trasată şi arată distanţa perpendiculară dintre ruta actuală a navei şi ruta determinată de punctele de schimbare a drumului.

De asemenea, se pot stoca în memoria receptorului date referitoare la variaţia câmpului magnetic din zona unde se navigă şi posibilitatea de a selecta drumul urmat de navă, ca drum adevărat sau drum magnetic. În cazul utilizării drumul magnetic utilizatorul va fi avertizat că drumul afişat nu este drum adevărat.

Receptoarele LORAN-C pot fi utilizate ca şi echipamente de navigaţie independente sau pot fi integrate cu alte echipamente, cum ar fi harta electronică sau GPS-ul. Receptoarele moderne au posibilitatea de a transmite informaţia către alte echipamente electronice ce utilizează protocoale de tipul NMEA (National Marine Electronics Association). Astfel de receptoare pot fi conectate cu pilotul automat, harta electronică, radarul, precum şi cu girocompasul de la bord sau loch-ul, astfel reuşind să calculeze şi să determine deriva datorată curentului marin din zona unde se navigă.

Page 24: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

24

Fig. 3.5. Panou frontal receptor LORAN-C

În receptor, determinarea hiperbolei de poziţie se face prin măsurarea diferenţei de timp dintre momentele recepţionării impulsurilor şi compararea diferenţei de fază a oscilaţiilor impulsurilor, ceea ce permite verificarea şi anularea interferenţelor produse de recepţionarea simultană a semnalelor recepţionate pe unda directă şi pe unda reflectată.

Page 25: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

25

3.3. Determinarea punctului navei cu ajutorul sistemului hiperbolic de navigaţie „LORAN – C”

3.3.1. Hărţi LORAN - C

Harta LORAN este reprezentarea în proiecţie Mercator a familiei de hiperbole sferice generate de perechea de staţii, recepţia fiind considerată pe unda directă.

Fig. 3.6. Hartă LORAN-C

Fiecare familie de hiperbole este trasată cu o anumită culoare, iar fiecare hiperbolă în parte are un indice distinctiv, corespunzător perechii de staţii care a generat-o şi diferenţei de timp calculate.

Uneori, pe hărţile LORAN pot fi găsite şi tabele cu valorile corecţiei pentru unda reflectată pentru fiecare pereche de staţii reprezentată.

Funcţie de scara hărţii, hiperbolele pot fi trasate pentru diferenţe de timp de 20, 100 sau 200 de microsecunde.

Determinarea punctului navei se face prin interpolarea hiperbolelor citite la receptor, optimă fiind o intersecţie a două hiperbole cât mai apropiată de 90 grade, iar pentru trei hiperbole intersecţia optimă este de 60 – 120 grade.

Page 26: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

26

Fig. 3.7. Hartă LORAN-C: patru familii de hiperbole provenind de la lanţul LORAN-C 7980

Pentru determinarea punctului navei cu ajutorul sistemul hiperbolic de navigaţie LORAN-C se pot utiliza mai multe procedee, cum ar fi:

� interpolare grafică cu două familii de hiperbole; � interpolare grafică completă.

3.3.1.1. Determinarea punctului navei pe harta LORAN-C prin interpolare grafică cu două familii de hiperbole

Pe harta LORAN-C se aleg primele două familii de hiperbole, caracterizate prin

codificarea aferentă staţiei de emisie. Se trasează prima familie de hiperbole.

Fig. 3.8. Hartă LORAN-C: alegerea familiilor de hiperbole

Page 27: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

27

Se trasează prima familie de hiperbole.

Fig. 3.9. Hartă LORAN-C: trasarea primei familii de hiperbole, generate de staţia secundară X

Se trasează a doua familie de hiperbole.

Fig. 3.10. Hartă LORAN-C: trasarea celei de a doua familii de hiperbole, generate de staţia secundară Y

Page 28: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

28

Se trasează medianelor celor două familii de hiperbole.

Fig. 3.11. Hartă LORAN-C: trasarea liniilor mediane pentru hiperbolele determinate de cele două staţii de emisie X şi Y

La intersecţia celor două linii mediane se obţine punctul de poziţie al navei, determinat cu ajutorul sistemului hiperbolic de navigaţie LORAN-C.

Fig. 3.12. Hartă LORAN-C: punctul de poziţie al navei determinat cu două familii de hiperbole

Page 29: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

29

3.3.1.2. Determinarea punctului navei pe harta LORAN-C prin interpolare grafică completă

Procedeul este similar celui anterior, cu deosebirea că punctul de poziţie al navei se

determină prin interpolarea familiilor de hiperbole două câte două, determinarea locurilor geometrice de poziţie rezultate din intersectarea acestora şi obţinerea punctului navei în cadrul locului geometric aferent intersecţiei tuturor familiilor de hiperbole utilizate.

Fig. 3.13. Alegerea staţiilor de emisie utilizate

Fig. 3.14. Trasarea hiperbolelor determinate de staţia X

Page 30: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

30

Fig. 3.15. Trasarea hiperbolelor determinate de staţia Y

Fig. 3.16. Locul geometric determinat de intersecţia hiperbolelor recepţionate de la staţiile X şi Y

Page 31: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

31

Fig. 3.17. Trasarea hiperbolelor determinate de staţia W

Fig. 3.18. Trasarea hiperbolelor determinate de staţia Z

Page 32: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

32

Fig. 3.19. Locul geometric determinat de intersecţia hiperbolelor recepţionate de la staţiile W şi Z

Fig. 3.20. Locul geometric determinat de intersecţia celor 4 familii de hiperbole

Page 33: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

33

Fig. 3.21. Trasarea liniilor mediane aferente celor 4 familii de hiperbole

Fig. 3.22. Determinarea poziţiei prin utilizarea hărţii LORAN-C cu ajutorul procedeului interpolării complete

Page 34: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

34

3.3.2. Determinarea punctului navei cu tablele de punct LORAN

Tablele LORAN pentru determinarea punctului navei sunt întocmite pentru fiecare pereche de staţii şi conţin coordonatele punctelor de intersecţie ale hiperbolelor de poziţie cu paralele sau meridiane, funcţie de orientarea liniei de poziţie.

Hiperbolele luate în calcul sunt determinate pentru diferenţe de timp (T) din 10 în 10 microsecunde, considerând că recepţia se efectuează pe unda directă.

Prin utilizarea procedeului grafic de determinare a punctului navei, arcele hiperbolelor sferice în proiecţie Mercator sunt înlocuite cu segmente de loxodromă corespunzătoare, numite drepte LORAN.

Pentru ca această aproximare să nu influenţeze precizia punctului, tablele LORAN sunt calculate astfel:

• în zona familiei de hiperbole ale perechii de staţii, unde curbura nu este mare, tablele LORAN dau coordonatele punctelor de intersecţie ale hiperbolelor (din 10 în 10 microsecunde) cu paralelele şi meridianele la intervale de 1 grad;

• în apropierea staţiilor de emisie, unde curbura hiperbolelor este accentuată, datele punctelor de intersecţie se dau pentru intervale ale diferenţelor de latitudine sau longitudine (∆φ, ∆λ) de 15 sau 30 de minute.

Mărimile ∆ înscrise pe coloana diferenţei de timp (T), reprezintă variaţia latitudinii sau longitudinii pentru o diferenţă de timp de 1 microsecundă.

Valoarea ∆ este exprimată în sutimi de minut de arc şi serveşte la interpolarea coordonatelor punctului de intersecţie al hiperbolei cu meridianul sau paralelul respectiv, interpolarea fiind efectuată funcţie de valoarea diferenţei de timp citire la receptor (TG) pentru o anumită hiperbolă.

Diferenţa de coordonate ∆φ sau ∆λ se poate obţine şi cu ajutorul relaţiei:

(∆φ, ∆λ) = (TG – T) x ∆ (3.1)

Fig. 3.23. Table de punct LORAN

SL4-X

T 13430 13440 13450

LAT L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ LONG

33 54.3 N +15 33 55.8 N +15 250 E

33 49.4 N +16 33 51.0 N +16 260 E

SL4-Y

T 31870 31880 31890

LAT L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ L ∆∆∆∆ LONG

340 N 25 10.4 E -18 25 08.6 E -18

330 N 25 33.5 E +20 25 31.5 E +20

Page 35: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

35

3.3.2.1. Model de calcul pentru determinarea punctului navei cu ajutorul tablelor LORAN Data: zz/ll/aa Ora: h/min LT Punct estimat: LAT 300 40’ N LONG 250 40’ E La receptorul LORAN C acordat pe lanţul SL4 se fac următoarele citiri:

� perechea M – SL4 – X (Matratin): TG = 13435 µsec � perechea M – SL4 – Y (Targaburun): TG = 31872 µsec

Table de punct LORAN:

Determinarea punctelor de intersecţie:

- pentru perechea M – SL4 – X TG = 13435

- T = 13430 (TG – T) = + 5 pentru LONG 1 = 250 E; LAT = 330 54’.3 N ∆ = + 15 +(0.15’ x 5) = 0’.8 LAT 1 = 330 55’.1 N

Page 36: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

36

pentru LONG 2 = 260 E; LAT = 330 49’.4 N ∆ = + 16 +(0.16’ x 5) = 0’.8 LAT 2 = 330 50’.2 N

Table de punct LORAN:

Determinarea punctelor de intersecţie:

- pentru perechea M – SL4 – Y TG = 31872

- T = 31870 (TG – T) = + 2 pentru LAT 3 = 340 N; LONG = 250 10’.4 E ∆ = + 15 -(0.18’ x 2) = -0’.4 LONG 3 = 250 10’ E pentru LAT 4 = 330 N; LONG = 250 33’.5 E ∆ = + 16 -(0.2’ x 5) = -0’.4 LONG 4 = 250 33’.1 E

Page 37: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

37

Se obţin astfel două segmente loxodromice (drepte LORAN) definite astfel:

� linia de poziţie M (LAT1, LONG1; LAT2, LONG2) � linia de poziţie P (LAT3, LONG3; LAT4, LONG4)

Problema se poate rezolva fie direct pe harta de navigaţie Mercator – LORAN pentru zona

respectivă, fie prin procedeul construirii scării grafice. Punctul LORAN – C rezultat este de coordonate: LAT = 330 54’ N LONG = 250 12’ E

Fig. 3.24. Punctul navei determinat prin calcul utilizând tablele LORAN

3.4. Precizia punctului LORAN

Suprafaţa rombului erorilor determina de o eroare de măsurare este minimă dacă liniile de poziţie hiperbolice se intersectează perpendicular.

Amplasarea staţiilor LORAN este astfel calculată încât familiile de hiperbole pe care le generează să se intersecteze sub unghiuri mai mari de 30 grade.

Precizia punctului LORAN – C, în cazul recepţionării undei directe, are o toleranţă de măsurare de ± 0,5 microsecunde, deci o eroare totală de ± 2,5 microsecunde.

În cazul unui unghi de intersecţie favorabil pentru hiperbolele de poziţie, precizia punctului este de ± 0,1 mile marine pentru o distanţă de până la 350 mile marine faţă de staţia principală şi de ± 0,3 mile marine la o distanţă de 750 mile marine.

Sistemul hiperbolic de navigaţie LORAN – C va mai rămâne în exploatare cel puţin până în anul 2015.

Page 38: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

38

Page 39: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

39

4.1. Introducere

Sistemul modernizat eLoran (Enhanced Loran – eLoran) este un serviciu internațional standardizat de poziționare în 2D (două dimensiuni), navigație și timp (Positioning, Navigation and Timing – PNT), în frecvența 100 kHz, pentru diferite modalități de transport și alte aplicații civile de poziționare.

eLoran reprezintă o variantă îmbunătățită a sistemului hiperbolic de navigație Loran C și îndeplinește cerințele de performanță, precizie, disponibilitate și integritate a informațiilor necesare:

- navigației aeriene pe timpul apropierii de locul de aterizare; - navigației maritime costiere în yone cu trafic naval intens, pe timpul

apropierii de coastă și intrării în port, în condiții de vizibilitate redusă; - navigației terestre; - poziționării terestre; - telecomunicațiilor și altor domenii (Internet, etc.) prin furnizarea de

semnale de timp referențiale UTC, la precizie de 50 ns. eLoran este un sistem hiperbolic independent, diferit și complementar Sistemului Global

Satelitar de Navigație (Global Navigation Sattelite Navigation System – GNSS). Sistemul este în perioada de dezvoltare și operaționalizare până în anul 2020. Prima stație eLoran a fost construită la Anthorn în Marea Britanie. Această stație transmite mesaje eLoran din ianuarie 2008. Mesajele eLoran transmise de această stație sunt mesaje EUROFIX și conțin informații diferențial Loran, diferențial GPS, informații de integritate a datelor, referențiale UTC.

4.2. Avantajele sistemului eLoran

Principalele avantaje ale sistemului eLoan sunt: - controlul civil; - semnalul eLoran nu este degradat în mod voit; - transmisie sincronizată UTC printr-o metodă independentă de cea a

sistemelor satelitare; - dacă emisia eLoran este sincronizată cu aceeași sursă de timp UTC ca cea a

sistemelor satelitare, semnalul eLoran poate fi folosit în combinație cu semnalul satelitar de navigație;

- semnalul eLoran poate fi recepționat și în zone în care semnalul satelitar nu are acoperire;

- transmiterea unui semnal în timp real (sub 10 secunde) despre apariția unor defecțiuni sau pierderea integrității semnalului;

- precizia repetabilă pentru poziționare este bună;

Page 40: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

40

- în plus față de sistemul Loran C, eLoran are în compunerea semnalului și un canal de date ce asigură aplicarea de corecții specifice, avertismente de stare a sistemului și despre integritatea informațiilor;

- costurile de realizare și de mentenanță sunt mult mai mici decât cele ale sistemelor satelitare;

- poate fi folosit pentru a asigura corecții diferențiale pentru sistemele satelitare.

Sistemul eLoran asigură servicii sigure și cu costuri reduse pentru instituții guvernamentale și particulare și pentru utilizatori din domeniul aviatic, maritim, etc., prin:

- asigurarea zborului în toate fazele sale (decolare, zbor liber, apropiere, aterizare);

- asigurarea informațiilor pentru eNavigațion, inclusiv prin folosirea mijloacelor permanente și temporare pentru asigurarea navigației maritime (Aids to Navigation – AtoNs), pentru a marca zonele cu ape periculoase;

- identificarea mijloacelor de transport terestru; - menținerea și sincronizarea telecomunicațiilor prin fir și fără fir.

4.3. Compunerea sistemului eLoran

Sistemul eLoran se compune din: - centre de control; - stații de emisie; - puncte de monitorizare; - receptoare eLoran.

Fig. 4.1. Componentele sistemului eLoran

Serviciile eLoran sunt asigurate de către un centru principal și prin aplicații specializate. Distribuitorul principal asigură informații eLoran originale și precise în conformitate cu

Page 41: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

41

specificațiile operaționale ale semnalului Loran C. Aplicațiile specializate pentru aviație, marină, etc., asigură informații specifice domeniului prin canalul de date eLoran.

4.3.1. Stațiile de emisie eLoran

Emisia semnalului eLoran se face în mod automat. Pentru semnalul eLoran se folosesc emițătoare moderne SSX (Solid State Transmitter) cu surse neiteruptibile de energie, dotate cu sisteme de control a timpului și a frecvenței emisiei. Corecțiile de fază ale semnalului eLoran se fac în mod continuu. Timpul eLoran este asigurat de ceasuri ultraperformante cu cesiu sau de o altă tehnologie cu aceeași clasă de precizie cu acestea.

La detectarea unor anomalii în lucrul unei stații de emisie eLoran, acest fapt este semnalizat în timp foarte scurt, similar modului de lucru al sistemului Loran C, atenționând utilizatorul să nu folosească informațiile eLoran până la rezolvarea problemei.

4.3.2. Centrele de control eLoran

Centrul de control eLoran asigură rezolvarea rapidă a defecțiunilor și menținerea disponibilității și continuității semnalului la nivelul de performanță public anunțat.

Mentenanța sistemului este astfel planificată și realizată pentru a minimiza impactul asupra lucrului stațiilor de emisie. De asemenea, din centrele de comandă se transmit către utilizatori informații despre întreruperea semnalului prin canale oficiale cunoscute.

4.3.3. Punctele de monitorizare. Stațiile de referință eLoran

Punctele de monitorizare au rolul de a asigura integritatea semnalului pentru toți utilizatorii sistemului eLoran. Receptoarele din aceste puncte monitorizează tot timpul calitatea semnalului eLoran din zona de responsabilitate. Unele stații de monitorizare sunt folosite și ca stații de referință pentru generarea mesajelor eLoran. De asemenea, anumite stații de monitorizare vor asigura corecții diferențiale în timp real pentru receptoarele navelor și avertismente pentru aviație.

4.3.4. Receptoarele eLoran

Receptoarele eLoran asigură achiziția și urmărirea semnalelor eLoran primite de la mai multe stații de emisie eLoran, pentru a asigura o poziționare cât mai precisă și un serviciu de timp cât mai exact. De asemenea, receptoarele eLoran pot asigura urmărirea corectitudinii fiecărui semnal eLoran în parte.

Receptoarele eLoran recepționează și decodifică mesajele eLoran pe baza unor aplicații specifice.

Schimbul de informații eLoran dintre Centrul de control, stațiile de emisie eLoran și punctele de monitorizare este prezentat în figura 4.2.

Page 42: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

42

Fig. 4.2. Schimbul de informații eLoran

Un receptor eLoran își determină poziția (latitudinea și longitudinea geografică) și timpul UTC prin măsurarea timpilor de recepție a impulsurilor de la ultimele trei stații eLoran aflate în raza sa de vizibilitate.

Trecerea semnalelor eLoran peste diferite forme accidentate de relief produce deviații ale timpilor de recepție, numite factori secundari adiționali (Aditional Secondary Factors – ASF), față de timpi de recepție teoretici și, de aici, scăderea preciziei în punct. Însă, prin folosirea informațiilor diferențial-eLoran, precizia în punct crește și devine foarte bună, de aproximativ 10 metri.

O eroare ASF de 1 µs în timp reprezintă o eroare de 300 metri în distanță pentru poziția eLoran.

O hartă ASF conține valorile nominale ale factorilor ASF pentru o anumită zonă și pentru un anumit emițător.

Valoarea ASF în µs, funcție de formele de relief este următoarea: 0.0 – suprafața mării 1.65 – sol argilos 2.36 – mlaștină și gheață marină 4.94 – teren cu arbuști 5.61 – zăpadă și gheață 6.12 – uscat 6.62 – nisip (deșert)

4.4. Continutul semnalului eLoran

Semnalul eLoran este un semnal complex ce conține următoarele categorii de informații: - datele de identificare ale stației de emisie eLoran; - almanahul emițătoarelor eLoran și a punctelor de monitorizare; - scala de timp referențiată UTC; - diferența de timp dintre timpul eLoran și timpul UTC; - semnalul eLoran; - avertismente despre condițiile anormale de propagare radio ca urmare a

unor condiții atmosferice deosebite; - mesaj de identificare de către utilizatori a emisiei eLoran; - corecții diferențial-satelitare.

Semnalul eLoran pentru utilizatori navali are un circuit de elaborare, evaluare, verificare și actualizare, ce pleacă din Sistemul principal eLoran și ajunge la receptoarele eLoran de la bordul

Page 43: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

43

navelor prin Sistemul maritim eLoran. La receptorul eLoran ajung și și semnalul eLoran, cât și semnalul de integritate a datelor eLoran și corecțiile diferențial eLoran.

4.5. Aplicatiile sistemului eLoran

Aplicațiile sistemului eLoran se bazează pe standarde operaționale minimale de performanță. Pentru aviație, eLoran asigură informații pentru ghidare în plan orizontal, mai puțin informații de latitudine, pentru toate toate fazele de zbor. Pentru navigația maritimă, sistemul eLoran va asigura informații de poziționare și de timp de înaltă precizie, care să se încadreze în prevederile Rezoluției IMO A.953/23/2003, referitoare la sistemul mondial de radionavigație. Aceste standarde de performanță se aplică pentru apropierea și intrarea în porturi, navigația în zone costiere cu trafic intens și cu grad ridicat de risc.

Prin aplicarea corecțiilor diferențial-eLoran în timp real, se asigură îndeplinirea acestor standarde de performanță. Pentru informațiile de timp, sistemul eLoran se încadrează în prevederile Standardului ITU G.811/1997.

În plus, dacă unui receptor eLoran i se atașează o antenă adecvată, acesta poate fi folosit ca un compas eLoran, cu ajutorul căruia se pot măsura relevmente eLoran la stațiile de emisie și, de asemenea, se poate citi drumul navei la o precizie mai mică de 10, independent de poziția și mișcarea navei.

De asemenea, se are în vedere realizarea cuplării receptoarelor eLoran cu sistemele ECDIS și AIS.

Un sistem eLoran va asigura pentru navigația maritimă următoarele: a. siguranță ridicată – poate fi folosit, cu un nivel ridicat de precizie, în comparație cu

alte metode și procedee vizuale de navigație, ca un înlocuitor (sistem de rezervă) al unui sistem satelitar de navigație, în caz de nevoie;

b. securitate – asigură funcționarea unor sisteme de avertizare de coliziune, pe timpul întreruperii funcționării sistemelor satelitare de navigație sau a sistemelor de dirijare a traficului naval – VTS;

c. economie de resurse: - reducerea potențială a numărului de coliziuni și de puneri pe uscat și, de

aici, reducerea numărului de cazuri de poluare cu hidrocarburi; - asistență în procesul de monitorizare a poluării marine; - reducerea potențială a costurilor cu mijloacele de asigurare a navigației; - creșterea potențială a eficacității monitorizării voiajului și intrării în porturi.

Page 44: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

44

Page 45: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

45

5.1. Introducere. Scurt istoric

Este surprinzător faptul că tehnologia spaţială, aşa de comună şi intens utilizată în ziua de azi, îşi are originile cu peste 50 de ani în urmă, la începutul anilor 1950, moment în care URSS lansa primul vehicul spaţial pe o orbită joasă, concomitent cu naşterea programului spaţial în Statele Unite. De altfel un vehicul spaţial de dimensiuni mult reduse faţă de cele din zilele noastre, primul satelit „Sputnik” era dotat cu un emiţător radio, frecvenţa pe care opera acesta generând un puternic efect Doppler în momentul în care tranzita o anumită zonă terestră. Fenomenul Doppler era un fenomen foarte bine documentat, dar acesta a fost primul moment în care efectul a fost generat şi recepţionat de către un satelit aflat pe orbita terestră. În scurt timp s-a trecut la utilizarea acestui efect în scopul obţinerii unui sistem de poziţionare mult mai precis şi independent de constrângerile care afectau sistemele terestre existente, cum ar fi sistemul hiperbolic de navigaţie.

Primul sistem comercial de poziţionare cu ajutorul sateliţilor a fost Navy Navigation Satellite System (NNSS) utilizând efectul Dopller mult îmbunătăţit şi furnizând o poziţionare precisă pentru navigaţie vreme îndelungată.

Cu timpul, tehnologia folosită de acest sistem a fost depăşită şi sistemul a fost închis la 31 decembrie 1996, în favoarea net superiorului Sistem de Poziţionare Globală (G.P.S). În prezent, mai există pe orbită sateliţi de tip Nova utilizaţi de sistemul NNSS, dar nu mai sunt folosiţi în scopul determinării poziţiei.

În anul 1973 s-a început dezvoltarea unui nou sistem de navigaţie utilizând sateliţii în scopul înlocuirii deja învechitului sistem NNSS.

Vehiculul spaţial lansat primul în cadrul noului program a fost denumit Navigation Technology Satellite (NTS) şi a fost lansat pe orbită în anul 1974, fiind embrionul a ceea ce avea să devină mai târziu Sistemul Global de Poziţionare. Sistemul GPS a fost declarat oficial complet operaţional pe data de 27 aprilie 1995 şi intră în operare la data de 1 ianuarie 1997, odată cu închiderea sistemului NNSS.

Sistemul GPS, deseori denumit NAVSTAR, are multe puncte comune cu Sistemul Global de Navigaţie dezvoltat în Rusia (GLONASS), dar nu sunt compatibile. Sistemul GPS este compus din trei segmente operaţionale: segmentul spaţial, segmentul de control şi segmentul utilizatorului.

Page 46: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

46

5.2. Compunerea Sistemului Global de Poziţionare

5.2.1. Segmentul spaţial

Constelaţia de sateliţi utilizaţi în cadrul sistemului GPS este formată dintr-un număr de 24 de sateliţi, câte 4 sateliţi pe fiecare din cele 6 orbite, existând de asemenea şi alţi sateliţi pentru a asigura funcţionarea sistemului. Orbitele pe care se deplasează sateliţii sunt orbite aproape circulare la o altitudine de 20.200 Km (10.900 mile marine) şi au o înclinare de 55 grade.

Bazat pe timpul standard, fiecare satelit are o perioadă orbitală aproximativă de 12 ore, dar când se exprimă în mult mai corectul timp sideral, aceasta este de 11 ore şi 58 minute. Deoarece Pământul se roteşte sub orbita sateliţilor, toţi vor apărea peste orice punct fix de pe Pământ la fiecare 23 ore şi 56 minute, sau, cu 4 minute mai devreme în fiecare zi. Acest lucru se întâmplă datorită faptului că ziua siderală este cu 4 minute mai scurtă decât ziua solară şi fiecare satelit parcurge de două ori într-o zi orbita. Pentru a menţine precizia orbitală, sateliţii sunt dotaţi cu echipamente speciale pentru corectarea deplasării la abaterii de 1 metru de la orbita iniţială.

Fig. 5.1. Constelaţia de sateliţi ai sistemului GPS

Această configuraţie orbitală, incluzând toţi cei 24 de sateliţi, asigură ca şi ultimii 6 sateliţi, să aibă o elevaţie mai mare de 9.5 grade, astfel fiind în câmpul de recepţie a oricărei antene terestre în orice moment. Acest lucru s-a realizat deoarece sub o elevaţie de 9.5 grade erorile datorate troposferei şi începând de la această elevaţie se poate realiza recepţia utilizând orice sistem de antenă.

Sateliţii originali numerotaţi de la 1 – 11 şi denumiţi Block I, sunt retraşi din uz în momentul de faţă. În prezent, constelaţia de sateliţi ai sistemului GPS se bazează pe a doua generaţie de sateliţi, denumiţi Block II. Sateliţii Block II (numerele 13 – 21) şi Block IIA (numerele 22 – 40) au fost lansaţi pe orbită în perioada februarie 1989 – noiembrie 1997. Pe lângă cele două categorii menţionate anterior pe orbită mai sunt şi sateliţi de tip Block IIR (numerele 41 – 62) denumiţi şi sateliţi de completare. Viaţa operaţională a unui satelit de completare este de aproximativ 8 ani.

Page 47: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

47

Toţi sateliţii transmit un mesaj ce conţine date despre orbită, timpul orar, timpul aferent sistemului şi starea actuală.

5.2.2. Segmentul de control

Sistemul GPS este supravegheat de la baza aeriană din Schriever (Colorado, SUA) şi are rolul de a controla şi îmbunătăţii funcţiile sistemului. Există 5 staţii de monitorizare, situate în Insulele Hawai, Oceanul Pacific, Insulele Ascension, în Oceanul Atlantic, pe Insula Diego Garcia în Oceanul Indian, pe Insula Kwajalein, Oceanul Pacific şi la Colorado Spring în Statele Unite. Parametrii orbitali ai sateliţilor sunt constant monitorizaţi de către una sau mai multe staţii terestre, care transmit toate aceste date către staţia centrală de la Schiever.

Pe baza acestor date se prefigurează viitoarele orbite şi parametrii operaţionali ce vor fi încărcaţi în programul de bază al sateliţilor.

Toate staţiile terestre au fost alese cu precizie pentru a respecta Sistemul Geodezic Terestru 1984 (WGS-84).

5.3. Receptoarele GPS

Practic, la începutul acestui mileniu, receptoarele GPS pot fi întâlnite la bordul tuturor tipurilor de nave şi ambarcaţiuni, devenind un aparat comun de navigaţie. Evident că fiecare model şi tip de echipament are propriile sale caracteristici, mod de prezentare a datelor şi algoritm de utilizare.

În principiu însă, toate receptoarele GPS destinate navigaţiei maritime asigură un minim de facilităţi comune, menite în principal să asigure navigatorului o informare foarte precisă de poziţie, pe baza căreia acesta să poată să piloteze nava pe ruta dorită.

În continuare vor fi prezentate principalele tipuri de informaţii pe care orice receptor GPS le pune la dispoziţia utilizatorului, forma grafică şi alfanumerică sub care este afişată această informaţie.

Esenţial este faptul că terminologia utilizată pentru etichetarea datelor prezentate este comună tuturor echipamentelor, iar ideea de bază pentru prezentarea informaţiei o constituie utilizarea „ferestrelor”.

În consecinţă, utilizând o tastatură minimă (în general 10 taste numerice şi alte 4 – 8 taste funcţionale, în care includem şi tastele cu „săgeţi”, pentru receptoarele mai vechi şi 5 – 8 taste la receptoarele noi) pot fi apelate şi activate toate funcţiile puse la dispoziţia operatorului.

Având în vedre faptul că toate receptoarele GPS execută aceleaşi operaţiuni, diferenţele între modele constând în modul de afişare al informaţiei şi dispunerea tastelor, fiecare ofiţer de punte trebuie să citească manualul de utilizare al echipamentului respectiv, pentru a învăţa cum trebuie operat receptorul GPS cu care lucrează la un moment dat.

Page 48: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

48

Fig. 5.2. Tipuri de receptoare GPS

5.4. Terminologie utilizată de sistemul G.P.S.

Terminologia utilizată (în limba engleză) şi în special semnificaţia abrevierilor utilizate, aceste prescurtări fiind cel mai des utilizat mod de etichetare a diferitelor date.

� BRG – Bearing � CMG – Course Made Good � COG – Course Over Ground � CTE – Course Track Error � CTS – Course to steer � DTK – Desired Track � ETA – Estimated Time of Arrival � ETE – Estimated Time Enroute � HDG – Heading � OCE – Off Course Error � SOG – Ground Speed � ROUTE – Route � SPD – Speed � TRK – Track (COG/CMG) � VMG – Velocity Made Good � WP – Way Point � XTE – Cross Track Error

Page 49: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

49

Datele referitoare la direcţii pot fi grupate în două categorii distincte: • direcţia reală de deplasare a navei la un moment dat (CMG, TRK),

respectiv drumul deasupra fundului; • direcţiile care derivă din faptul că receptorul GPS are memorată o anumită

rută (ROUTE, DTK), definită prin punctele de schimbare de drum (WP). Astfel, poziţia actuală a navei este comparată o dată cu ruta de navigaţie specificată şi în

funcţie de care se stabileşte abaterea laterală (CTE, XTE), iar în funcţie de poziţia următorului punct de schimbare a drumului se indică direcţia pe care trebuie să o ia nava (BRG, HDG) pentru a ajunge în punctul de schimbare a drumului respectiv.

5.5. Ferestre de date

Receptorul GPS oferă următoarele ferestre de interes primordial pentru navigator: o fereastra pentru sateliţi; o fereastra pentru poziţia navei; o fereastra pentru navigaţie (pilotarea navei); o fereastra pentru definirea rutei de navigaţie; o fereastra pentru controlul rutei; o fereastra pentru funcţia „OM LA APĂ” (Man Over Board); o fereastra pentru harta electronică de navigaţie.

5.5.1. Fereastra pentru sateliţi

Fig. 5.3. Fereastra pentru sateliţi

Page 50: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

50

Barele verticale reprezintă sateliţii recepţionaţi, înălţimea acestora fiind echivalentă cu modul în care este captat semnalul acestora.

Modul de dispunere al sateliţilor pe bolta cerească este schematizată prin două cercuri concentrice (orizont şi cercul de înălţime 45 grade). Sateliţii nerecepţionaţi sunt subliniaţi.

Fig. 5.4. Fereastra pentru sateliţi

În funcţie de numărul sateliţilor recepţionaţi şi luaţi în calcul la determinarea punctului navei, sunt afişate şi datele referitoare la precizia punctului obţinut. Situaţii standard:

� precizie 2 D – când punctul navei se calculează cu 3 sateliţi; � precizie 2 D -D – când punctul navei se calculează cu 3 sateliţi în sistem DGPS � precizie 3 D – când punctul navei se calculează cu minim 5 sateliţi � precizie 3 D-D – când punctul navei se calculează cu minim 5 sateliţi în sistem

DGPS

5.5.2. Fereastra pentru poziţia navei

Datele prezentate în această fereastră reprezintă informaţia esenţială pentru orice echipament hiperbolic de navigaţie şi practic elementul primordial de interes pentru navigator.

Scopul acestui tip de afişaj este acela de a concentra toate informaţiile referitoare la poziţia navei (coordonate geografice), respectiv la mişcarea reală a acesteia (drum deasupra fundului, viteză deasupra fundului), chiar dacă aceleaşi date mai apar împreună sau separat şi în alte ferestre.

De remarcat că reprezentarea grafică a drumului navei (compasul grafic), nu este un repetitor giro, ci valoarea afişată este corespunzătoare traiectoriei reale a navei, respectiv indică tot valoarea drumului deasupra fundului.

Formatul în care este afişată ora poate fi ales de către utilizator, în varianta 12/24 ore, respectiv ora bordului (LT) sau GMT.

Page 51: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

51

Fig. 5.5. Fereastra pentru poziţia navei

În zona Utilizator, pot fi afişate o serie de date, la alegerea navigatorului, date care sunt considerate ca şi un loch digital, astfel:

o TRIP reprezintă distanţa parcursă de către navă de la ultima resetare a contorului de distanţă;

o ELPSD reprezintă timpul total scurs de la ultima resetare a cronometrului; o TTIME este timpul în care viteza deasupra fundului nu s-a modificat; o AVSPD este viteza medie realizată de la ultima resetare a loch-ului; o MXSPD este viteza maximă atinsă, de la ultima resetare a loch-ului.

Fig. 5.6. Afişarea pe ecranul receptorului GPS a poziţiei navei

Page 52: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

52

5.5.3. Fereastra pentru navigaţie

Fereastra pentru navigaţie este fereastra în care sunt afişate informaţiile referitoare la pilotarea navei, respectiv datele care compară poziţia actuală a navei cu ruta pe care aceasta trebuie să o urmeze, date care sunt de foarte multe ori mult mai importante decât datele din fereastra de poziţie.

Din punct de vedere practic, în funcţie de caracteristicile zonei în care se navigă, GPS-ul va fi setat astfel încât să afişeze pe display una din cele două ferestre amintite, asta în varianta în care receptorul GPS nu are şi facilitatea de afişare a hărţilor electronice vectoriale.

Dacă se navigă la larg, se va prefera în general afişarea permanentă a ferestrei de poziţie, astfel încât navigatorul să aibă la îndemână în permanenţă datele necesare pentru punerea punctului pe hartă.

Dacă se navigă costier, sau în zonele dificile pentru navigaţie, atunci respectarea drumului trasat pe harta de navigaţie este esenţială. Ca urmare, navigatorul va dori să vadă în permanenţă indicaţiile date de GPS referitoare la abaterea navei faţă de drumul care este trasat pe hartă.

Pentru ca pagina de navigaţie să funcţioneze, este necesar ca receptorul GPS să aibă în memorie ruta pe care nava trebuie să o urmeze, sau cel puţin un punct de schimbare a drumului (Way Point) definit ca destinaţie imediată.

În fereastra de navigaţie avem posibilitatea să vedem care este poziţia navei noastre în raport cu ruta pe care dorim să o urmăm şi ce avem de făcut pentru ca nava noastră să se menţină cât mai aproape de ruta stabilită.

Pentru echipamentele GPS mai puţin sofisticate forma de prezentare a ferestrei de navigaţie este limitată la porţiunea dintre poziţia actuală a navei şi primul punct de schimbare a drumului care urmează.

Modul de prezentare grafică al acestei porţiuni de drum pe care nava urmează să o parcurgă, care seamănă cu o şosea, a făcut ca această variantă de afişare a datelor să fie denumită „Highway – Autostradă”.

De regulă, pe mijlocul „Autostrăzii” este trasată o linie care uneşte punctul navei cu următorul punct de schimbare a drumului şi care reprezintă în acelaşi timp şi relevmentul (BRG) la respectivul punct de schimbare a drumului (WP).

Din punct de vedere al navigatorului, interpretarea acestei imagini este foarte elocventă.

Fig. 5.7. Afişarea informaţiilor în fereastra pentru navigaţie a receptorului GPS

Page 53: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

53

Dacă linia de relevment la WP (BRG) apare verticală, atunci nava se află pe ruta trasată pe hartă sau mai bine zis nava nu are abatere laterală faţă de porţiunea activă (LEG) a rutei care se află în memoria GPS-ului.

Dacă această linie este oblică, nava este abătută lateral faţă de drumul ce trebuie urmat (DTK).

Reprezentarea grafică simbolizează direcţia în care nava trebuie să schimbe de drum pentru a reveni pe drumul de urmat. Acelaşi lucru este indicat şi de orientarea săgeţii (pointer) care apare sub „Highway”.

Valoarea acestei schimbări de drum pentru a readuce nava pe drumul trasat pe hartă se poate determina în mai multe feluri, astfel:

� valoarea drumului deasupra fundului care conduce nava către WP, din poziţia ei actuală, este valoarea dată de relevmentul la WP (BRG);

� diferenţa dintre relevment (BRG) şi drumul deasupra fundului (COG) TRK ne indică numărul de grade cu care trebuie să modificăm drumul actual (schimbare de drum la tribord, dacă BRG > COG sau o schimbare de drum la babord dacă BRG < COG) pentru a atinge WP-ul următor; această valoare poate fi afişată şi în zona de date utilizator, dacă navigatorul solicită afişarea valorii TRN (turn);

� în cazul în care dorim să revenim mai repede la drum, atunci vom efectua o schimbare mai amplă decât cea dată de diferenţa dintre relevment şi drum deasupra fundului (BRG – COG).

Fig. 5.8. Afişarea unei porţiuni din „Autostradă” şi datele referitoare la deplasarea navei

Page 54: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

54

Fig. 5.9. Afişarea datelor de interes pentru navigaţie

5.5.4. Fereastra cu date specifice GPS

Trebuie reţinut faptul că toate indicaţiile GPS-ului referitoare la drumuri se referă la drumuri reale (deasupra fundului), care vor trebui corectate în funcţie de derivă pentru a stabili valoarea drumului care trebuie ţinut la timonă. Un astfel de calcul nu este însă necesar, dacă se vor urmări, după efectuarea schimbării de drum, indicaţiile GPS. Astfel, vom ordona timonierului o anumită schimbare de drum în direcţia dorită şi vom corecta valoarea drumului la timonă astfel încât valoarea indicată de GPS pentru drum deasupra fundului (COG) să fie egală cu valoarea relevmentului (BRG).

Fig. 5.10. Fereastra pentru Pilotarea navei

În cazul în care dorim să revenim mai repede la ruta trasată pe hartă, vom efectua o schimbare de drum mai amplă în direcţia indicată de pointer şi vom menţine acest nou drum până când linia de relevment de pe „Autostradă” (Highway) va deveni verticală (XTE = 0). După aceea

Page 55: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

55

vom ţine la timonă un drum egal cu valoarea relevmentului (BRG), sau în caz de derivă, un astfel de drum încât drumul deasupra fundului (COG) să fie egal cu relevmentul (BRG).

În fereastra utilizator, la cererea navigatorului, mai pot fi afişate date suplimentare, cum ar fi:

o durata marşului pe ruta respectivă până în momentul de faţă (ETE); o timpul necesar pentru atingerea următorului punct de schimbare a drumului (WP)

sau ora sosirii (ETA) la WP, acest calcul fiind efectuat în funcţie de viteza reală actuală (SPD, VMG);

o valoarea şi direcţia schimbării de drum pentru reintrarea pe rută în punctul desemnat de WP.

Scala grafică, care la unele echipamente GPS apare în partea de jos a „Autostrăzii” (Highway), este exprimată în mile marine şi are rolul de a indica navigatorului valoarea aproximativă a abaterii laterale faţă de ruta activă. Unele receptoare GPS exprimă această abatere laterală (CTE, XTE) şi în format alfanumeric, fie numai ca distanţă, fie ca distanţă şi direcţie.

Receptoarele GPS mai performante au posibilitatea prezentării unei porţiuni mai mari din ruta care urmează a fi parcursă, respectiv vor afişa un „Highway” care va conţine mai multe dintre WP-urile care urmează a fi atinse.

În completarea imaginii grafice date de „Highway”, WP-ul care urmează poate fi afişat cu un număr de ordine sau chiar cu o denumire dată de către utilizator WP-ului respectiv.

De asemenea, la unele aparate, fiecărui WP i se poate atribui şi un anumit simbol (ales dintr-o bibliotecă de simboluri grafice), astfel încât punctul respectiv să poată fi identificat mai uşor.

5.5.5. Fereastra pentru definirea rutei de navigaţie

La prezentarea ferestrei destinate pilotării navei am spus că informaţia existentă aici nu este viabilă decât în cazul în care avem definit cel puţin un punct de schimbare de drum care să marcheze destinaţia imediată a navei. În general, metoda tradiţională pentru marcarea punctelor caracteristice, care definesc o rută de navigaţie, este legată de harta de navigaţie tipărită. Pe aceasta, ofiţerul cu navigaţia a trasat drumurile pe care urmează să le parcurgă nava, între portul de plecare şi cel de destinaţie.

Practica curentă, este ca punctele de schimbare de drum să corespundă punctelor de schimbare de drum care apar pe harta de navigaţie. În cele mai multe dintre cazuri, definirea rutei numai prin intermediul acestor tipuri de puncte este suficientă.

Ofiţerul cu navigaţia va întocmi un tabel, în care va nota datele scoase din harta de navigaţie, un model de tabel fiind prezentat mai jos.

Lista WP-uri pentru ruta: Madison - Bahia Nr. WP

Denumire WP Prescurtare Nr. hartă Latitudine Longitudine Drum

1 York Head YKHD 1599 50 20.4 N 070 22.8 E 050

2 BD racon RACON 1728 50 23.5 N 077 17.3 E 080

3 Kimley Lt. H. KIMLEY 1906 50 25.3 N 085 36.1 E 120

4 Bella Bank BELBK 1906 50 02.7 N 086 44.7 E 100

Tabel 5.1. Model de tabel pentru înregistrarea WP-urilor unei rute de navigaţie (datele din acest tabel sunt cu titlu de exemplu, fictive)

Pentru înregistrarea acestor puncte de schimbare de drum în memoria GPS-ului, sunt

suficiente numai datele referitoare la coordonatele geografice ale punctului şi un număr de ordine.

Page 56: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

56

GPS-urile pot memora între 100 şi 3000 de puncte de schimbare de drum, deci numerotarea acestora nu va putea începe de fiecare dată de la 1, decât în cazul în care ştergem din memoria GPS-ului punctele caracteristice care au fost deja înregistrate pe poziţiile respective.

Nu este obligatorie conferirea unor denumiri punctelor de schimbare de drum, dar dacă receptorul GPS are această resursă este bine ca ele să fie denumite, pentru a putea fi mai uşor de identificat atunci când se parcurge lista de WP-uri.

În general, toate GPS-urile moderne oferă această facilitate de atribuire a unor nume pentru punctele de schimbare de drum. De multe ori însă, numărul de caractere alfanumerice ce pot fi utilizate pentru acest lucru este limitat (5 – 10 caractere), moment în care trebuie să intervină inspiraţia ofiţerului cu navigaţia pentru a găsi cele mai adecvate prescurtări.

O dată terminată operaţiunea de completare a tabelului cu informaţii privitoare la punctele de schimbare de drum scoase din hartă, se poate trece la introducerea acestora în memoria GPS-ului, prin tastarea coordonatelor.

Fig. 5.11. Crearea unui nou WP pe baza coordonatelor geografice şi denumirea lui „DAY 2”

Unele receptoare GPS dispun şi de o bibliotecă de simboluri, care poate fi utilizată pentru a ataşa punctului de schimbare de drum şi o pictogramă.

După ce au fost introduse toate punctele de schimbare de drum, se poate trece la etapa următoare, respectiv definirea rutei de navigaţie.

Ca şi în cazul punctelor de schimbare de drum, numărul de rute ce pot fi alcătuite şi memorate de către receptorul GPS este limitat în funcţie de resursele hardware ale receptorului. În general pot fi stocate simultan între 2 şi 10 rute, dintre care se va alege ruta activă pentru voiajul respectiv.

Page 57: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

57

Fig. 5.12. Afişarea denumirii şi a datei de creare a WP-ului în lista de WP-uri

Alcătuirea unei rute se realizează foarte simplu, alegând din lista punctelor de schimbare de drum pe acelea care sunt necesare în funcţie de parcursul navei.

Fig. 5.13. Lista cu rutele aflate în memoria GPS-ului

Atenţie! Punctele de schimbare de drum utilizate trebuie selectate în ordinea parcurgerii lor

de către navă. Rutei astfel create i se dă o denumire şi ea trebuie salvată în memoria receptorului GPS.

Page 58: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

58

Fig. 5.14. Lista cu WP-urile care definesc o anumită rută

Modificarea unei rute deja existente, este de asemenea o operaţiune relativ simplă şi se poate realiza prin:

o eliminarea unuia sau mai multor puncte de schimbare de drum de pe lista rutei; o introducerea de noi puncte de schimbare de drum aflate deja în memoria

receptorului GPS, dar în cadrul altor rute; o pot fi definite noi puncte de schimbare de drum, care după ce au fost memorate de

GPS, pot fi selectate pentru a fi introduse în lista de puncte de schimbare a rutei care se editează.

Fig. 5.15. Editarea WP-urilor din lista unei rute

Receptoarele GPS furnizează şi facilitatea de reversibilitate a rutei. Acest lucru înseamnă că dacă nava are de parcurs o rută (de exemplu: Constanţa – Istanbul şi după descărcare/încărcare la Istanbul se întoarce la Constanţa), nu va mai fi necesară crearea unei noi rute în memoria GPS-ului, ci se va apela la reversul rutei iniţiale Constanţa – Istanbul, procesorul receptorului GPS inversând

Page 59: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

59

ordinea punctelor de schimbare de drum, puncte care au fost deja definite pentru ruta iniţială, în lista respectivă.

În cazul inversării unei rute, ruta iniţială nu este modificată, ruta inversată fiind salvată şi memorată ca o nouă rută.

Fig. 5.16. Procedeul de inversare a unei rute iniţiale

Pentru ca munca ofiţerului cu navigaţia să fie mult mai simplă în ceea ce priveşte alcătuirea rutelor şi în acelaşi timp pentru ca această activitate o dată realizată să poată fi utilizată şi ulterior, se recomandă ca pentru rutele lungi (marş pe o perioadă de timp mai mare de 48 – 72 ore), să se definească tronsoane de rută.

De exemplu, având în vedere particularităţile navigaţiei între Constanţa şi un port din Marea Mediterană, tronsoanele de rută pot fi definite astfel:

� Constanţa – Bosfor Nord � Sud Bosfor – Est Dardanele � Vest Dardanele – Rodos (pentru rute către est Mediterana) � Vest Dardanele – Cap Maleas (pentru rute către vest Mediterana)

5.5.6. Fereastra pentru afişarea hărţi electronice de navigaţie

Echipamentele GPS actuale, în special cele destinate posesorilor de ambarcaţiuni de agrement, respectiv, pentru cei care navigă de regulă în zone restrânse, oferă şi o facilitate de afişare a hărţilor electronice în formatul S-57.

Aceste hărţi electronice sunt variante digitalizate în sistem vectorial a hărţilor de navigaţie tipărite. Rezoluţia asigurată pe display-ul LCD al receptoarelor GPS este suficient de bună pentru a asigura un control eficient al navigaţiei.

Pentru astfel de echipamente, fereastra în care se afişează poziţia navei este practic înlocuită cu o fereastră numită „Hartă” (Map).

Page 60: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

60

Fig. 5.17. Definirea unei rute prin mai multe sub-rute

Având în vedere că aceste hărţi electronice pot înlocui cu adevărat hărţile de navigaţie tipărite, programarea rutei care urmează a fi parcursă se poate face direct pe harta electronică. În fereastra „Hartă”(Map) se comunică procesorului receptorului GPS că urmează a fi definită o nouă rută de navigaţie. Aceasta este catalogată printr-un număr şi/sau denumire, după care se trece la definirea direct pe harta electronică a punctelor de schimbare de drum respective, prin marcarea poziţiei acestora cu ajutorul unui cursor.

Procedura corectă pentru definirea unei noi rute, utilizând harta electronică a receptorului GPS, este următoarea:

o se apelează o hartă electronică la scară mică, care să cuprindă pe cât posibil întreaga zonă în care urmează să se efectueze navigaţia;

o pe această hartă se va schiţa o primă variantă (varianta brută) a rutei de navigaţie, prin marcarea principalelor puncte de schimbare de drum;

o după această primă variantă, harta electronică va fi trecută la o scară convenabilă de detaliu, în care se vor stabili poziţiile definitive pentru principalele puncte de schimbare de drum care definesc ruta şi eventual se vor defini noi puncte de schimbare de drum intermediare;

o la încheierea operaţiunii de definire a tuturor punctelor de schimbare de drum necesare, ruta respectivă va fi salvată şi apoi activată în momentul în care nava îşi începe marşul.

Page 61: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

61

Fig. 5.18. Definirea unei rute de navigaţie direct pe harta electronică afişată în fereastra „Hartă”

5.5.7. Afişarea hărţilor electronice de navigaţie pe GPS

Receptoarele GPS destinate în primul rând ambarcaţiunilor de agrement, dar nu numai, au la ora actuală posibilitatea de afişare a unei hărţi electronice de navigaţie, pe care va fi marcată în permanenţă poziţia actuală a navei.

O astfel de facilitate, deosebit de utilă, ridică foarte mult standardul echipamentul GPS ca element în realizarea navigaţiei, deoarece, se trece de la simpla afişare a coordonatelor geografice ale punctului în care se află nava la un moment dat, de la urmărirea deplasării acesteia în raport cu o rută prestabilită, la vizualizarea direct pe display a poziţiei navei în raport cu zona geografică în care se navigă.

Harta electronică, este vectorizată, astfel încât suportă diferite nivele de detaliu în funcţie de scara hărţii pe care se lucrează la un moment dat, incluzând toate elementele şi caracteristicile unei hărţi de navigaţie tipărite.

Ca urmare, fereastra de navigaţie „Hartă”(Map), devine principala fereastră de lucru a receptorului GPS, având în vedere că în această fereastră sunt afişate, în afară de harta de navigaţie în format electronic şi toate celelalte date necesare pilotării navei.

Page 62: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

62

Fig. 5.19. Elementele ferestrei de navigaţie „Hartă”

De regulă, există două modalităţi de urmărire a deplasării navei pe harta electronică a receptorului GPS, şi anume:

o o primă modalitate constă în menţinerea navei noastre tot timpul în centrul display-ului, ceea ce implică derularea automată a hărţii, corespunzător deplasării navei;

o cea de a doua modalitate, este de a se menţine fixă harta electronică, iar nava noastră se va deplasa pe hartă, în funcţie de traiectoria ei reală.

Pentru a lucra în mod interactiv cu harta electronică, avem la dispoziţie un cursor, cu ajutorul căruia putem selecta diferitele obiecte grafice care apar pe harta de navigaţie.

O dată selectate aceste simboluri (repere de navigaţie, puncte de schimbare de drum, etc), informaţiile legate de acestea vor fi afişate într-o fereastră anume desemnată.

În plus, pe harta electronică a receptorului GPS pot fi măsurate distanţele şi relevmentele, cu ajutorul cursorului, după ce în prealabil, a fost definit punctul de referinţă din care se măsoară aceste linii de poziţie.

Page 63: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

63

Fig. 5.20. Măsurarea relevmentelor şi a distanţelor pe harta electronică şi obţinerea de informaţii despre anumite repere de navigaţie (Nav Aid)

Fig. 5.21. Hartă electronică la scară mică şi modul de selectare al nivelului de informaţie afişată la

un moment dat pe hartă, funcţie de scara acesteia

Pentru ca toate aceste funcţii să poată fi utilizate, este necesar ca receptorul GPS să poată afişa harta electronică pentru zona în care se află nava la un moment dat.

Din acest punct de vedere, tocmai pentru a se putea lărgi aria geografică în care aceste produse pot fi vândute, practica curentă în rândul producătorilor de astfel de echipamente este aceea de a include în echipamentul GPS şi un set de hărţi, care pot acoperi chiar tot globul, dar evident acestea vor fi la o scară foarte mică.

Page 64: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

64

Fig. 5.22. Hartă electronică la scara de 64 mile marine pentru zonele încadrate pe planiglob şi care se află în memoria permanentă a receptorului GPS

Inclusiv noţiunea de scară a unei hărţi electronice a fost modificată, tocmai pentru ca aceste echipamente se adresează şi navigatorilor amatori. Forma clasică de afişare a scării unei hărţi printr-un raport, a fost înlocuită cu afişarea diferenţei de latitudine pe care o acoperă harta electronică la un moment dat, această diferenţă de latitudine fiind afişată în Mile Marine.

În cazul în care navigatorul doreşte să aibă o hartă electronică la o scară convenabilă pentru navigaţia în zonele costiere, el va trebui să-şi procure o serie de diskette speciale, denumite cartridge, pe care sunt stocate hărţi electronice la scară mare pentru o anumită zonă geografică limitată.

În momentul în care receptorul GPS dispune de ambele seturi de hărţi, cele aflate permanent în memorie şi cele de pe cartridge, el va selecta în mod automat harta electronică disponibilă la cea mai bună scară.

Hărţile aflate în memoria permanentă a receptorului GPS nu pot fi general utilizate pentru navigaţie, scara lor fiind foarte mică, ceea ce înseamnă că pentru a putea utiliza cu adevărat facilităţile acestei funcţii, este esenţială cumpărarea cartridge-urilor cu hărţile de navigaţie detaliate, corespunzătoare unei anumite zone.

5.5.8. Înregistratorul de drum al receptorului GPS

Având în vedere că receptorul GPS afişează în mod continuu poziţia navei exprimată în coordonate geografice, din punct de vedere tehnic, nu este nici o problemă ca receptorul să şi memoreze aceste poziţii.

Practic, totul depinde de memoria care este alocată pentru această funcţie. Ca urmare, echipamentele GPS pot memora ultimele 100 – 1000 puncte avute în timp de

Page 65: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

65

nava noastră. Intervalul de timp între două puncte care vor fi memorate poate fi stabilit de către utilizator, el putând fi de ordinul minutelor.

Dacă se navigă în apropierea coastei, probabil că un interval optim de memorare ar putea fi stabilit la 2 minute. Dacă, însă tranzităm o strâmtoare, sau o altă zonă dificilă de navigaţie (zone ca au în general şi o lungime destul de limitată) este bine ca acest interval să fie redus la 0,5 minute. Dacă nava noastră execută un marş în mare liberă sau traversadă, intervalul de timp între punctele care vor fi memorate poate fi mărit la 5 – 10 minute.

În memoria receptorului GPS, alocată acestui tip de date, procesul de memorare se derulează în mod continuu, în momentul în care capacitatea de stocare a fost atinsă, se vor şterge automat primele puncte memorate pentru a se crea spaţiul necesar memorării noilor poziţii.

Pe baza acestor puncte aflate în memoria înregistratorului de drum, la cererea navigatorului, poate fi afişat sub formă grafică parcursul anterior al navei, respectiv traiectoria reală pe care aceasta a parcurs-o în timp.

Utilitatea acestei funcţii va fi de cele mai multe ori evidentă doar în situaţiile nefericite în care nava noastră este implicată într-un accident maritim. În astfel de cazuri, manevrele întreprinse pentru evitarea accidentului vor putea fi probate pe baza datelor furnizate de către înregistratorul de drum.

Fig. 5.23. Setarea Înregistratorului de drum şi modul grafic de afişare al parcursului anterior

La unele echipamente GPS există posibilitatea ca pe baza poziţiilor memorate să se alcătuiască o rută de întoarcere, în varianta în care revenirea navei la punctul de plecare trebuie să se facă exact pe aceeaşi rută.

De asemenea, unele echipamente GPS au o interfaţă care permite transferul acestor date din memoria receptorului către un PC în vederea prelucrării ulterioare a lor.

Page 66: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

66

Page 67: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

67

6.1. Introducere

Acurateţea preciziei punctului obţinut cu ajutorul sistemului GPS poate fi foarte mult îmbunătăţită utilizând tehnicile diferenţiale. Sisteme diferenţiale experimentale au fost utilizate pentru câţiva ani ca parte a sistemului de navigaţie hiperbolică terestră. Sistemul Global de Poziţie Diferenţial este relativ, o variantă îmbunătăţită a sistemului utilizat în navigaţia hiperbolică terestră.

În principiu, datele privind poziţia primite de la satelit sunt recepţionate atât de către un receptor mobil, cât şi de un receptor fix, de poziţie cunoscută. Un sistem de calcul instalat la receptorul fix calculează distanţa de la satelit şi o compară cu o distanţă standard cunoscută pentru determinarea preciziei punctului geografic. Dacă în urma calculului rezultă o eroare, această informaţie este transmisă receptorului mobil care o utilizează în corectarea informaţiei primite direct de la satelit.

Utilizarea sistemului diferenţial de poziţionare globală nu elimină însă erorile determinate de receptarea atenuată sau de interferenţe.

Fig. 6.1. Principiul de operare al Sistemului de Poziţionare Globală Diferenţial

Pentru uzul maritim, staţii de monitorizare a sistemului global de poziţie diferenţial (DGPS) au fost stabilite de-a lungul coatelor maritime ale unui număr de 28 de state. Spre exemplu, Paza de Coastă a Statelor Unite (U.S.C.G) administrează staţii de transmisie pentru sistemul DGPS atât pe coasta de est, cât şi pe coasta de vest a Statelor Unite.

Datele corectate sunt transmise cu ajutorul unor balize pe frecvenţe sin banda de joasă frecvenţă şi din această cauză aria de receptare este limitată la distanţe cuprinse între 100 şi 250

Page 68: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

68

kilometri. Dar, acest sistem este foarte util în zone în care libertatea de manevră a navelor este limitată, aceste zone fiind de regulă în apropierea zonelor de coastă.

Fig. 6.2. Zona maritimă de acoperire a sistemului DGPS pe coastele Statelor Unite

Cu ajutorul Organizaţiei Mondiale de Telecomunicaţii s-a realizat suplimentarea datelor transmise utilizând radiobalize ce lucrează pe frecvenţele de 283,5 – 315 kHz, în unele zone de pe glob în frecvenţele 285 – 325 kHz, acest lucru determinând o viteză mărită de transmisie, cu o rată de 100 sau 200 biţi pe secundă.

6.2. Sistemul DGPS

Sistemul DGPS – diferențial GPS a fost dezvoltat pentru a se putea realiza determinarea punctului navei cu precizie ridicată în zone speciale (bazine portuare, zone costiere), precizie ce nu poate fi asigurată de către sistemul GPS, în special în codul standard de transmisie.

Sistemul DGPS se compune din: - sateliți GPS; - centrul de comandă și control; - stații de referință diferențială și de transmitere a informațiilor DGPS; - stație de monitorizare a sistemului.

Page 69: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

69

6.2.1. Funcționarea sistemului DGPS

Principiul de funcţionare a sistemului DGPS este acela al comparării poyiţiei GPS a unui punct fix faţă de o staţie terestră de referinţă. Diferenţele observate (în două sau trei dimensiuni) sunt considerate ca poziţie diferenţiată sau ca o serie de corecţii a pseudodistanţelor măsurate la satelit (pseudodistanţe diferenţiale), astfel că valoarea pseudodistanţelor la sateliţi are un grad superior de precizie, de unde şi precizia sporită în determinarea punctului navei.

În conformitate cu cerinţele Recomandării ITU-RM 823, staţiile de referinţă DGPS transmit semnale diferenţiale cu o frecvenţă de aproximativ 300 kHz. Transmisia corecţiilor diferenţiale pentru fiecare satelit durează un timp de 6 – 9 secunde, iar prelucrarea şi afişarea datelor durează mai puţin. Mesajul de corecţie DGPS este transmis într-un format special, numit format RTCM SC104 (RTCM – Radio Technical Commision for Maritime Services).

Un receptor DGPS poate recepţiona date diferenţial-GPS de la cel puţin 10 staţii DGPS, ceea ce permite alegerea celui mai bun semnal emis. Calitatea semnalului depinde de distanţa faţă de staţia de referinţă, de condiţiile atmosferice, de condiţiile de instalare a antenei şi de existenţa elementelor de suprastructură ale navei, care pot cauza reflectarea anormală a semnalului recepţionat.

În prezent există şi sisteme satelitare geostaţionare care emit semnale DGPS, iar în acest caz, corecţiile pseudodistanţelor măsurate la sateliţi sunt efectuate în cadrul unei reţele de staţii de referinţă costiere.

6.2.2. Recepţia automată a semnalului DGPS

Pentru recepţia corecţiilor GPS este necesar un receptor GPS capabil să încorporeze corecţiile DGPS în formatul RTCM SC 104. Atunci când aceste corecţii sunt criptate, este nevoie de un receptor special sau de o componentă specială pentru decodificarea acestora. La recepţia semnalului DGPS în modul automat, receptorul alege automat semnalul diferenţial cel mai bun. Pentru aceasta, receptorul DGPS prezintă indicaţii (alerte) privind:

- depăşirea timpului de 10 secunde pentru recepţia unui semnal; - funcţionarea incorectă a staţiei de referinţă sau dacă semnalul recepţionat nu

este valid.

6.2.3. Recepţia manuală a semnalului DGPS

La recepţia semnalului DGPS în modul manual, operatorul alege o anumită staţie sau o anumită frecvenţă de lucru, verifică integritatea semnalului şi ţine cont de valoarea parametrilor recepţionaţi pentru alegerea unor alte staţii DGPS. Pentru aceasta, receptorul DGPS prezintă o alertă privind alegerea incorectă a staţiei sau dacă semnalul recepţionat nu este valid.

Pentru staţia aleasă la receptor este afişat un semnal care cuprinde: - numele şi numărul de identificare a staţiei de referinţă; - frecvenţa de lucru; - distanţa calculată la staţia de referinţă; - starea tehnică a staţiei de referinţă

Page 70: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

70

- calitatea semnalului. Funcţie de distanţa calculată la staţia de referinţă, precizia punctului DGPS se poate

aprecia ca fiind foarte bună (mai mică de cinci metri), pentru distanţe de zeci de mile nautice şi bună (peste cinci metri), pentru distanţe de peste 100 – 200 mile marine. Calitatea semnalului DGPS este apreciată prin valoarea sa procentuală numită WER (Word Error Rate). O valoare de 0% WER arată o recepţie perfectă a semnalului DGPS.

Staţiile/emiţătoarele/radiobalizele care transmit corecţiile DGPS sunt prezentate în documentele nautice internaţionale prin următoarele informaţii:

- numele staţiei; - poziţia geografică; - corecţii DGPS (frecvenţa de emisie, viteza în bit/s); - numărul de identificare al staţiei de referinţă; - numărul de identificare al staţiei de transmisie; - distanţa de emisie; - monitorizarea integrităţii datelor; - tipul mesajelor transmise.

În ALRS 282 volumul 2, sunt date tipurile de mesaje DGPS transmise, numerotate de la 1 la 63. De exemplu, mesajul de tipul 3 reprezintă parametrii staţiei de referinţă GPS; mesajul de tipul 7 reprezintă Almanahul radiobalizelor DGPS; mesajul de tipul 9 reprezintă corecţiile parţiale GPS; mesajul de tipul 16 reprezintă mesajul special GPS; mesajul de tipul 17 reprezintă Efemerida GPS.

6.3. Receptoare DGPS

În general, receptoarele DGPS sunt receptuare dual GPS/DGPS performante, dotate cu un ecran monocrom sau color de 4,5 inci, ce asigură o precizie în punct de 10 metri pentru informaţii GPS şi de trei metri pentru informaţii DGPS.

Un receptor DGPS se compune din: - antena de recepţie; - blocul de comandă, recepţie şi procesare semnal; - interfaţa cu blocul de comandă; - interfaţa pentru afişarea datelor.

Cerinţele funcţionale pentru un receptor DGPS prevăzute de rezoluţia IMO MSC 114(73)/2000 sunt:

- operarea în banda de frecvenţă 283,5 – 315 kHz în regiunea 1 şi 285 – 325 kHz în regiunile 2 şi 3, în concordanţă cu prevederile Recomandării ITU-RM 823;

- selectarea automată şi manuală a staţiei de emisie a semnalului diferenţial GPS;

- afişarea informaţiilor la un interval de maximum 100 ms de la recepţia acestora;

- achiziţia unui semnal în mai puţin de 45 secunde în situaţia unor perturbaţii atmosferice de natură electrică;

- antenă omnidirecţională în plan orizontal; - funcţionarea satisfăcătoare în condiţii tipice de interferenţă; - protecţia la defecţiuni cu o durată de până la cinci minute.

Principalele caracteristici tehnice sunt: - prezentare în mai multe limbi străine; - păstrarea în memorie a tuturor staţiilor DGPS;

Page 71: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

71

- imagini: plotare cu 11 scale de plotare, de la 0.2 la 320 mile nautice; informaţii de poziţie a navei (inclusiv Loran C); informaţii de guvernare a navei; navigaţie la mare largă cu scale de la 0.2 la 16 mile nautice; imagine în format analog sau digital pentru informaţii loch;

- alarme multiple: de ajungere la destinaţie, de schimbare de drum, vehe la ancoră, viteză mare/mică, de timp (ceas);

- memorare 1000 de poziţii trecute, 999 de puncte de schimbare de drum, 50 de rute cu până la 30 de puncte de schimbare de drum;

- interconectare posibilă la calculator sau la un simulator de navigaţie. Sistemele satelitare diferenţiale sunt sisteme perfecţionate care asigură reducerea erorilor

semnalelor satelitare emise de sistemele globale satelitare de navigaţie într-o anumită zonă. Comparaţia dintre valorile semnalelor emise de staţiile de referinţă DGNSS şi cele provenite de la sateliţii de navigaţie asigură informaţiile necesare determinării unor puncte diferenţial-satelitare cu o precizie superioară celor obţinute prin observaţii satelitare, în special în zonele de navigaţie costieră, la aterizarea la coastă, în zonele portuare şi, în general în zonele dificile de navigaţie sau cu trafic intens.

Page 72: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

72

Page 73: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

73

7.1. GLONASS

7.1.1. Generalități

Sistemul satelitar rusesc GLONASS este un sistem satelitar de navigație similar sistemului american NAVSTAR-GPS, operațional din luna ianuarie 1996. Sistemul GLONASS este format din 24 de sateliți, cu o precizie de poziționare de 20 metri pentru beneficiari civili și de 10 metri pentru beneficiari militari, cu o probabilitate de 95%.

Prima variantă a sistemului satelitar GLONASS folosea sateliți Block II stabilizați triaxial, modernizați sub forma variantelor Block IIa, Block IIb și Block IIv. Șase sateliți Block IIa au fost lansați în perioada 1985-1986, iar cei de tipul Block IIv, începând cu anul 1988 până în anul 2005 (un număr de 25 de sateliți).

A doua variantă a sistemului, cu numele GLONASS-M se dezvoltă începând cu anul 1990. Până în anul 2007 au fost lansați 14 sateliți de generația a II-a, modernizați, cu o perioadă de exploatare de 7 ani.

A treia variantă a sistemului, cu numele GLONASS-K, este o variantă modernă ce folosește sateliți cu o perioadă de exploatare de 10 ani, cu masă redusă (în comparație cu variantele mai vechi). GLONASS-K emite și un semnal pentru utilizatori civili ce asigură semnale diferențiale pentru căutarea și salvarea pe mare – SAR. Prin utilizarea semnalelor de tip CDMA (Code Division Multiple Access), varianta GLONASS-K devine interoperabilă cu sistemul american NAVSTAR-GPS. Primul satelit GLONASS-K a fost lansat în anul 2011. Cu o constelație de 18 sateliți, sistemul acoperă întreg teritoriul Federației Ruse și cu 24 de sateliți întreaga suprafață terestră.

Sistemul GLONASS (Globalnaya Navigationnaya Sputnikova Sistema) realizează o acoperire globală, continuu, în orice condiții de vreme, asigurând informații precise de poziție, viteză și timp în timp real. Prin Rezoluția IMO MSC.113(73)/2000 sunt revizuite standardele de performanță ale receptoarelor satelitare GLONASS.

7.1.2. Compunerea sistemului GLONASS

Sistemul satelitar GLONASS se compune din: a. segmentul spațial; b. segmentul de comandă și control; c. segmentul utilizatori.

Segmentul spațial. În prezent, sistemul spațial este alcătuit din constelația sateliților GLONASS operaționali dispuși pe trei plane orbitale (31 de sateliți, din care 24 operaționali GLONASS-M, 6 sateliți GLONASS-M în mentenanță și unul GLONASS-K în probe de zbor. Întrucât înclinarea orbitelor este mai mare decât cea a orbitelor sistemului NAVSTAR-GPS, cresc considerabil posibilitățile de folosire a sistemului la latitudini mari.

Page 74: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

74

Segmentul de comandă și control. Sistemul de comandă și control, similar celui american, asigură funcționarea sistemului satelitar și este gestionat de Centrul Informațional de Coordonare Științifică – CICS al Forțelor Aeriene Ruse. Centrul de comandă al sistemului este la Moscova, iar celelalte stații componente ale sistemului sunt localizate în Sankt Petersburg, Ternopol, Eniseisk și Konsomolsk na Amur.

Segmentul utilizatori. Segmentul utilizatori este format din totalitatea receptoarelor GLONASS care prelucrează semnalele satelit, iar precizia determinărilor de poziție pentru utilizatorii civili este superioară celei realizate cu sistemul NAVSTAR-GPS. Există o multitudine de producători de receptoare satelitare care folosesc și informațiile GLONASS pentru poziționare. În prezent, se folosesc receptoare de satelit capabile să folosească informații GPS și GLONASS pentru a se putea beneficia de avantajele lucrului în comun a celor două sisteme satelitare.

În perioada 1998-2005 sistemul a fost perfecționat pentru a se micțora banda de frecvențe și interferența frecvențelor parazite în sistem. În anul 2008 sistemul era format dintr-un număr de 16 sateliți, din care 12 operaționali în același timp. Începând cu anul 2011 sistemul este complet și este format din 24 de sateliți. Începând cu anul 2013 se preconizează a se desfășura un program de modernizare și de lansare a unor noi sateliți de tipul GLONASS-K2 și GLONASS-KM.

7.1.3. Funcționarea sistemului GLONASS

Caracteristicile sistemului GLONASS sunt: - înălțimea orbitei: 19100 km; - perioada: 11h15min; - înclinarea orbitei: 640.8; - program de lucru: continuu; - număr de sateliți: 24 - spațierea pe orbită de minimum patru sateliți și cu o valoare a diluției

preciziei PDOP de cel mult șase; - frecvența de emisie în banda L; - elipsoid de referință: PZ 90.

Elipsoidul de referință utilizat PZ90 (Parameters Zemlia 90) este diferit de elipsoidul internațional de referință WGS84, astfel că diferența dintre datumuurile celor doi elipsoizi era la data de 17.09.2007 de până la 40 cm, omnidirecțional.

Fiecare satelit GLONASS lucrează pe două frecvențe în banda L, diferite pentru fiecare satelit în parte. Banda L1 se întinde de la 1602.5625 MHz la 1615.5 MHz, cu intervale de 0.5625 MHz, iar banda L2 se întinde de la 1246.4375 MHz la 1256.5 MHz, cu intervale de 4.4375 MHz, fiind generate astfel 24 de frecvențe (canale) de lucru necesare. Fiecare satelit transmite continuu, poziția sa precisă și informații despre sistem, în coordonate ECEF (Earth Centred Earth Fixed).

Informațiile sunt modulate în codul precis P necriptat și în codul achiziție ordinară C/A. Informațiile de poziție transmise de sistemul satelitar GLONASS sunt mai precise decât cele furnizate de sistemul satelitar NAVSTAR-GPS, însă sistemul este mai puțin stabil în funcționare decât cel american.

Page 75: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

75

7.1.4. Receptoare GLONASS

Un receptor GLONASS standard se compune din: - antena de recepție; - blocul de recepție și calcul; - blocul de comandă și interfață; - ecranul indicator.

Standardele de performanță stabilite prin Rezoluția IMO MSC.113(73)/2000 sunt următoarele:

- capacitatea de a recepționa și procesa semnalele de poziție GLONASS în coordonate geografice, latitudine și longitudine în grade, minute și miimi de minute referențiale PZ-90 și timp UTC; poziția calculată în sistemul geodezic PZ-90 trebuie transformată în valori WGS-84;

- operare în codul Standard Positioning Service – SPS (banda de frecvență L1);

- posibilitatea de a transmite și altor echipamente informațiile de poziționare referențiate PZ-90 sau WGS-84;

- precizia statică de 45 metri (95%) cu o diluție orizontală a preciziei HDOP=4, PDOP=6;

- precizia dinamică de 45 m (95%) cu o diluție orizontală a preciziei HDOP=4, PDOP=6;

- selectarea automată a semnalului celui mai potrivit pentru determinarea poziției navei cu precizia dorită;

- achiziția semnalului GLONASS cu frecvența purtătoare cuprinsă între 130 dBm și -120 dBm; odată semnalul achiziționat, receptorul trebuie să funcționeze satisfăcător pentru o frecvență purtătoare mai mică de – 133dBm;

- achiziția informațiilor de poziție la un nivel de precizie cerut, în 30 de minute, pentru date nevalide ale Almanahului satelitului;

- achiziția informațiilor de poziție la un nivel de precizie cerut în cinci minute, penru date valide ale Almanahului satelitului;

- reachiziția informațiilor de poziționare la un nivel de precizie cerut, în cinci minute, pentru o întrerupere a funcționării sistemului mai mică de 24 de ore, fără pierderea alimentării cu energie;

- reachiziția informațiilor de poziționare la un nivel de precizie cerut, în douî minute, pentru o întrerupere a alimentării cu energie de 60 de secunde;

- generarea și afișarea unei noi poziții la intervale de o secundă; - rezoluția de 0.001 minute în afișarea coordonatelor geografice; - generarea și afișarea valorilor drumului deasupra fundului, vitezei deasupra

fundului și timpul UTC, la standarde de performanță; - recepția informațiilor diferențial GLONASS; în acest caz, precizia de

poziționare statică și dinamică este de 10 metri (95%); - capacitatea de a funcționa în condiții satisfăcătoare în condiții tipice de

interferență; - să emită avertismente de defecțiune și de stare.

Page 76: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

76

7.2. GALILEO

Ideea realizării unui sistem satelitar european a fost instituită printr-o rezoluţie specială a

Consiliului Europei din anul 1999. Sistemul satelitar GALILEO va avea în compunere 30 de sateliţi, din care 27 vor fi operaţionali pe trei orbite de înălţime medie, cu o înclinare de 560 faţă de Ecuator. Fiecare orbită va conţine 9 sateliţi operaţionali şi unul de rezervă. Sistemul GALILEO asigură cinci servicii: de poziţionare – fără plată, informaţii privind siguranţa vieţii pe mare, servicii comerciale criptate - cu plată, servicii publice restricţionate pentru utilizatori guvernamentali autorizaţi şi servicii de căutare-salvare pe mare cu o precizie de poziţionare la nivel mondial PDOP ≤ 3.5.

De asemenea, GALILEO asigură retransmisia mesajelor de pericol către sistemul COSPAS-SARSAT. În prezent, sistemul GALILEO foloseşte doi sateliţi GIOVE A şi GIOVE B pentru teste pe orbită. Sistemul va fi operaţional în anul 2014, este compatibil GPS prin modul de lucru CDMA, existând şi o înţelegere cu SUA pentru interoperabilitate cu sistemul NAVSTAR-GPS.

Sistemul satelitar GALILEO va transmite 10 semnale de navigaţie: - patru semnale de navigaţie E5a-E5b, în frecvenţele 1164-1215 MHz; - trei semnale de navigaţie E6, în frecvenţele 1260-1300 MHz; - trei semnale de navigaţie E2, L1, E1, în frecvenţele 1559-1591 MHz; - un semnal SAR, în frecvenţele 1544-1545 MHz.

Receptoarele de satelit îndeplinesc următoarele standarde tehnice principale: - recepţia semnalelor de poziţie, viteză şi timp cu corecţiile atmosferice

corespunzătoare, atât pentru receptoarele simple, cât şi pentru cele duale; - coordonatele geografice sunt prezentate în grade, minute şi miimi de

minute; - informaţiile de timp sunt referenţiate UTC; - precizia de poziţionare statică este 10 metri pe orizontală şi de 10 metri pe

verticală pentru recepţia duală; - precizia de poziţionare dinamică este similară cu cea statică, funcţie de

starea mării; - rezoluţia în poziţionare este egală sau mai bună, de 0.001 minute de

latitudine şi longitudine; - precizia în transmisia semnalului de timp este de 50 ns UTC; - achiziţia informaţiilor de poziţie, viteză şi timp de la 0.5 secunde pentru

navele de mare viteză, este la cinci minute, pentru situaţia unui almanah nevalid al satelitului.

Page 77: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

77

7.3. Alte sisteme satelitare

7.3.1. Sistemul satelitar Beidou

Sistemul satelitar Beidou este un sistem regional dezvoltat în China. În perioada anilor 2000-2003 au fost lansaţi pe orbită trei sateliţi. Sistemul este conceput pentru două orbite geostaţionare, cu o a treia ca rezervă. Precizia orizontală calculată a sistemului este de 100 metri.

7.3.2. Sistemul satelitar Compass

Sistemul satelitar Compass sau Beidou 2 este proiectat ca un sistem global, cu o constelaţie satelitară ce va cuprinde un număr de 30 de sateliţi, cu frecvenţa de lucru de 2491,75 MHz şi va acoperi zona cuprinsă între latitudinile nordice de 5 la 55 de grade şi longitudinile estice de la 70 la 140 grade. În anul 2007 au fost lansaţi pe orbită primii patru sateliţi de tip Compass. Se apreciază că acest sistem va fi operaţional din anul 2015.

7.3.3. Sistemul satelitar QZSS

Sistemul satelitar japonez QZSS (QuasiZenitSatelliteSystem) este format din trei sateliţi aflaţi pe orbite eliptice înalte înclinate, vizibile de pe teritoriul Japoniei, cu un unghi minim de elevaţie de 600. Fiecare satelit transmite şase semnale în banda L: trei în banda L1, unu în banda E6, unul în banda L2 şi unul în banda L5. Un semnal va asigura o precizie submilimetrică, semnalul în banda E6 va asigura servicii comerciale, celelalte semnale sunt compatibile cu cele GPS în standardele L2C şi L1C.

7.3.4. Sistemul satelitar IRNSS

Sistemul satelitar indian IRNSS (Indian Regional Navigational Satelitte System) este un sistem regional compus din trei sateliţi geostaţionari şi patru sateliţi situaţi pe orbite geostaţionare înclinate joase pentru a fi vizibili simultan de pe teritoriul Indiei. Sistemul emite semnale în banda L5 şi S pentru servicii generale, în banda L5 şi S pentru poziţionare şi în banda L5 – servicii restricţionate.

Page 78: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

78

Page 79: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

79

8.1. Introducere. Scurt istoric

Încă de la prima ieşire a omului pe mare s-a impus ca necesară cunoaşterea mediului în care se navigă, în scopul realizării unei navigaţii sigure către destinaţia propusă. Cunoaşterea zonelor costiere şi a configuraţiei acestora, a şenalelor sigure pentru navigaţie, evitarea bancurilor de nisip sau a zonelor cu epave şi informaţiile referitoare la maree, toate având rolul de asistare a navigatorului. Hărţile de carton furnizează informaţii despre particularităţile zonelor ce au studiate timp de secole de către hidrografi din diferite ţări, ce au străbătut oceanele lumii cu scopul de a menţine la zi hărţile nautice, cu un rol nepreţuit în avertizarea navigatorilor aflaţi pe oceanele lumii.

În anul 1683 s-a iniţiat de către Comandamentul Regal Britanic o operaţiune de inspectare a apelor din jurul Marii Britani, finalizată 10 ani mai târziu prin apariţia informaţiilor colectate. În secolul 18 un număr mare de hidrografi britanici lucrau peste tot în lume pentru realizarea de cartografieri cu scopul utilizării lor în navigaţie. În anul 1795 ia fiinţă oficiul hidrografic de pe lângă Amiralitatea Britanică, care de atunci şi până în prezent a reuşit colectarea de informaţii şi editarea unui număr de 3300 de hărţi nautice, hărţi actualizate ori de câte ori apar modificări în zonele de navigaţie acoperite.

În anul 1807 apare în Statele Unite Oficiul pentru Monitorizarea Zonelor de Coastă, transformat ulterior în Serviciul Hidrografic al Statelor Unite şi care de-a lungul timpului a editat un număr de 1000 de hărţi.

Toate autorităţile hidrografice locale ce editează hărţi nautice trebuie să respecte standardele şi indicaţiile impuse de către Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O), autoritate ce asigură corectitudinea informaţiilor şi uniformitatea documentaţiei hărţii. În prezent Organizaţia Hidrografică Internaţională numără un număr de 67 de state membre, majoritatea editând hărţi nautice pentru apele naţionale, dar există şi 3 state ce editează cataloage cu hărţi şi hărţi nautice ce acoperă şi zonele ce nu reprezintă ape naţionale. Organizaţia Hidrografică Internaţională supervizează standardizarea modului de editare al hărţilor din întreaga lume şi acest lucru este foarte important pentru realizarea hărţilor digitale de navigaţie.

În prezent majoritatea autorităţilor hidrografice încă utilizează hărţile pe suport de hârtie ca principala şi unica activitate de editare. Oricum, în ultimii ani, electronica a pătruns şi în sfera editării de hărţi şi în prezent hărţile digitale devin din ce în ce mai populare, acest lucru obligând autorităţile hidrografice să treacă în principal pe editarea de hărţi cu suport electronic în anii următori.

Cu ajutorul acestei noi tehnologi, navigatorul are posibilitatea utilizării unei hărţi dispuse pe un monitor, cu informaţii complete şi identică cu harta pe suport de hârtie. Informaţiile hărţii sunt conţinute pe un suport electronic şi pot fi salvate pe hardul unui computer. Programe speciale pentru navigaţie oferă posibilitatea vizualizării hărţii în scopul realizării unei „navigaţii sigure şi eficiente”. Harta electronică este o hartă ce poate furniza informaţii geografice atât în format grafic cât şi sub formă scrisă în scopul ajutării navigatorului.

După modul de editare al lor, hărţile electronice se împart în: � hărţi oficiale, sunt hărţile în format electronic emise de către sau sub egida unei

autorităţi hidrografice naţionale, acestea fiind agenţii guvernamentale ce au atribuţii legale referitoare la calitatea pe care trebuie să o aibă o hartă pe suport

Page 80: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

80

de hârtie sau suport electronic; acest tip de hărţi sunt menţinute la zi în conformitate cu cerinţele Convenţiei SOLAS, cerinţe ce impun ca aceste hărţi să fie sigure pentru efectuarea navigaţiei;

� hărţi neoficiale, sunt acele hărţi electronice emise de către organizaţii comerciale, ce pot utiliza date de la autorităţi hidrografice acreditate, dar nu sunt confirmate de către acestea.

8.2. Conceptul GI & S (Geospatial Information and Services)

Informaţia geospaţială obţinută cu ajutorul sateliţilor constă în existenţa unei măsurători în

2 sau 3 dimensiuni a oricărui punct de pe suprafaţă Pamântului. Cartografii vor transforma aceste date în mod formal, echivalându-le cu direcţii, distanţe, mărimi şi poziţii relative.

Obiectele tridimensionale. Care variază în poziţie sau timp, pot fi de asemenea reprezentate ca puncte, linii sau suprafeţe. Pe baza acestei criptări, pot fi apoi trasate hărţi tip raster sau hărţi tip vectoriale.

Acest gen de informaţie poate fi tipărită sau afişată pe ecran ca text, imagine plană sau modele 3D, rezultând de fapt o reprezentare a unei anumite porţiuni a Pământului care, pentru o utilizare curentă a informaţiei, va fi stocată în format electronic, ceea ce permite vizualizarea ei cu ajutorul unui computer.

Acest nou model de abordare a modului de editare şi vizualizare a unei suprafeţe terestre a fost denumită GI&S (Geospatial Information & Services – Informaţie şi Servicii Geospaţiale).

Informaţia tridimensională primară, poate fi stocată în diferite categorii de baze de date, cum ar fi:

o baze de date în format raster; o baze de date în format vectorial; o baze de date 3D pentru elevaţia terenului; o baze de date 3D pentru adâncimi (batimetrie).

Toate aceste tipuri de date, vor necesita apoi un program specializat pentru a putea fi vizualizate sau tipărite.

Activitatea principală de obţinere şi stocare a măsurătorilor tridimensionale efectuate cu ajutorul sateliţilor, este activitate relativ recentă (ultimii 5 – 10 ani). Avantajul utilizării acestui model electronic de generare a hărţilor este indiscutabil superior metodelor clasice de cartografie, bazat pe măsurători topografice, deoarece:

o măsurătorile sunt mai precise; o generarea hărţilor se poate face mult mai rapid dacă dispunem de resursele

hardware şi software necesare; o măsurătorile pot fi reactualizate şi schimbarea datelor în hărţile finale este foarte

facilă

Page 81: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

81

8.3. Hărţile electronice

Din punct de vedere al utilizărilor pentru navigaţie, la ora actuală există două tipuri de hărţi electronice, şi anume:

� Hărţile Raster – care sunt alcătuite din matrici de elemente care generează pixeli alb-negru sau color, în funcţie de elementele matricii.

� Hărţile Vectoriale – sunt generate de matrici de date mult mai complexe, care practic vor genera puncte, linii, suprafeţe, text.

8.3.1. Informaţia de tip Raster

Informaţiile in format Raster sunt obţinute prin scanarea unei hărţi de hârtie. Acest proces produce o imagine care este replica exactă a hărţii de hârtie şi care cuprinde un număr de linii compuse dintr-un număr mare de puncte colorate sau pixeli. Această tehnică nu recunoaşte obiectele individual, lucru ce limitează abilitatea sa de a se conforma cerinţelor internaţionale. Oricum permite utilizarea vectorilor prin suprapunere, fapt ce permite utilizatorului introducerea de date specifice cum ar fi puncte de schimbare de drum, suprapunerea imaginii radar şi alte operaţiuni ce pot reduce această deficienţă.

Avantajele hărţilor de tip Raster sunt următoarele: o utilizare familiară deoarece foloseşte aceleaşi simboluri şi culori ca şi hărţile de

hârtie; o sunt copii exacte ale hărţilor de hârtie având aceeaşi relevanţă şi integritate; o utilizatorul nu poate omite din neglijenţă informaţii de navigaţie de pe display; o costuri de producere reduse în comparaţie cu hărţile de tip vectorial; o posibilitatea utilizării cataloagelor oficiale pentru hărţi pe plan global, de exemplu

hărţile ARCS au acoperire aproape globală; o utilizând tehnica suprapunerii vectoriale, împreună cu un program computerizat

adecvat, hărţile tip Raster pot fi utilizate pentru toate activităţile standard de navigaţie, dar împreună cu harta de hârtie aferentă.

Dezavantajele hărţilor de tip Raster: o utilizatorul nu poate particulariza modul de dispunere; o la utilizarea suprapunerii vectoriale pot apărea umbre pe imagine; o nu pot fi întrebuinţate fără o bază de date adiţională cu un sistem de referinţă

comun; o nu pot furniza în mod directe indicaţii şi avertizări pentru utilizator; o chiar dacă cantitatea de informaţie stocată este aceeaşi ca şi pentru o hartă de tip

vectorial, necesită o capacitate de memorie mai mare.

Page 82: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

82

8.3.2. Informaţia de tip Vectorial

Spre deosebire de hărţile electronice de navigaţie (ENC – Electronic Navigation Chart), care sunt realizate prin utilizarea datelor în stare brută, directă, informaţia vectorială poate fi obţinută şi prin scanarea unei hărţi de hârtie. Imaginea obţinută prin scanare este vectorizată prin codare digitală a fiecărui obiect cartografiat şi a atributelor sale (codarea structurii) şi stochează aceste informaţii, împreună cu locaţia geografică a obiectului în baza de date. Hărţile obţinute pot fi grupate şi stocate în directoare tematice care să caracterizeze fiecare grup. Spre exemplu, zona de coastă poate forma un director în timp ce zona de mare adâncime formează un alt director. Operatorul poate optimiza modul de afişare, primind numai datele de interes şi evitând expunere de date nedorite ce pot îngreuna activitatea. Hărţile vectoriale pot furniza informaţii ce permit detectarea unui pericol.

Procesul de realizare al hărţilor vectoriale este mai îndelungat şi mai costisitor decât cel necesar obţinerii hărţilor de tip Raster.

Avantajele hărţilor Vectoriale sunt: o aşezarea informaţiilor în directoare permite selectarea datelor afişate; o modul de afişare poate fi personalizat de către utilizator; o posibilitatea de modificare a scării de expunere fără distorsionarea imaginii; o indicaţiile şi avertizările pot fi furnizate în situaţii periculoase, cum ar fi depăşirea

conturului de siguranţă; o obiectele pot fi ilustrate utilizând diferite simboluri ca cele utilizate în hărţile

Raster sau de hârtie; o informaţia din hartă poate fi corelată cu alte echipamente cum ar fi radarul ARPA; o comparativ cu hărţile tip Raster necesită un spaţiu de memorie mai mic pentru

acelaşi volum de informaţie stocată. Dezavantajele hărţilor tip Vectorial:

o tehnic sunt mult mai complexe; o au costuri de producţie ridicate şi timp îndelungat de producere; o acoperirea nu este încă globală; o este dificil de asigurat calitatea şi integritatea informaţiei vectoriale afişate; o instruirea pentru utilizarea lor este mult mai complexă decât pentru hărţile tip

Raster. Modul de furnizare al hărţilor în format electronic este reprezentat de sistemul ECDIS

(Electronic Chart Display and Information System), sistem informaţional pentru navigaţie ce utilizează hărţi vectoriale editate de către o autoritate recunoscută. Un astfel de echipament trebuie să fie conform cu standardele internaţionale adoptate de Organizaţia Maritimă Internaţională (I.M.O) privind satisfacerea cerinţelor de realizare a unui voiaj în siguranţă specificate în Convenţia SOLAS. Componenta hardware a sistemului ECDIS poate fi reprezentată de un simplu computer cu rezoluţie grafică de bună calitate sau de un display încorporat în sistemul punţii integrate de comandă. Echipamentul poate primi informaţii din alte surse electronice, cum ar fi informaţii despre poziţia navei de la GPS or LORAN, informaţii asupra drumului urmat de navă de la girocompas, informaţii despre viteza navei de la loch sau despre alte nave de la radarul ARPA.

Informaţiile sunt transmise sistemului ECDIS utilizând protocolul NMEA (National Marine Electronics Association). Informaţiile radar pot fi utilizate prin suprapunerea datelor obţinute prin scanarea unui ecran radar sau în mod electronic, utilizând informaţiilor furnizate de un dispozitiv radar ARPA (Automatic Radar Plotting Aid). Componenta software a sistemului ECDIS trebuie să conţină elemente necesare afişării hărţilor în format electronic şi de asemenea să permită afişarea datelor proprii şi a celor primite de la celelalte echipamente electronice.

Page 83: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

83

Hărţile conţinute de echipamentul ECDIS sunt hărţi electronice de navigaţie (ENC) care trebuie să respecte specificaţiile de editare a hărţilor ENC conform formatului S-57 adoptat de Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O) privind transferul de date şi informaţii.

8.4. Tipuri de hărţi electronice

Există diferite tipuri de hărţi electronice ce utilizează diverse formate, niveluri de conţinut şi atribuţii şi care pot fi editate de autorităţi oficiale sau private. Toate aceste tipuri de hărţi pot fi, de asemenea, în format raster sau vectorial, dar trebuie să fie realizate în format IHO S-57 ori un format similar. Pot fi considerate Hărţi Electronice de Navigaţie, conforme cu standardele I.M.O pentru echipamentele ECDIS, numai acele hărţi care respectă nivelul de conţinut şi atribuţii cerute de specificaţiile de producere I.H.O ENC şi sunt editate de către sau sub egida unei autorităţi hidrografice naţionale sau oficiu hidrografic guvernamental.

Hărţile vectoriale emise de către autorităţile hidrografice recunoscute sunt conforme cu normele de producere ale hărţilor electronice nautice şi respectă formatul I.H.O S-57. Hărţile vectoriale emise de către entităţi private pot fi sau nu conforme cu respectivele standarde, lucru ce poate duce către neconcordanţa acestora cu un echipament ECDIS standardizat.

Organizaţia Maritimă Internaţională a acceptat doar hărţile vectoriale ca substitut legal pentru hărţile tipărite pe suport de hârtie, în activitatea de navigaţie. Cu toate acestea, până în prezent, nu există nici o rezoluţie naţională sau internaţională care să permită navelor maritime comerciale înlocuirea totală şi definitivă a hărţilor tipărite cu hărţi electronice, fie ele şi vectoriale.

Nivelele (categoriile) de informaţii pe care le poate defini o hartă vectorială, nivele ce pot fi selectate spre afişare de către utilizator sunt:

o informaţia culturală, reprezentată de construcţiile executate de către om, cum ar fi drumuri, oraşe, zone industriale;

o informaţia topografică referitoare la linia ţărmului, insule, forme de relief, graniţe internaţionale;

o informaţia de navigaţie despre repere de navigaţie, zone periculoase, zone de ancoraj, epave, scheme de separare a traficului;

o informaţii de uz general cu referire la declinaţia magnetică, note privind zona de navigaţie, datum-ul hărţii.

8.4.1. Hărţile Vectoriale neoficiale

Sunt în general realizate prin scanarea hărţilor pe suport de hârtie editate de autorităţile hidrografice. Imaginea obţinută este apoi digitalizată prin copierea liniilor principale şi ulterior puse în format electronic. Acest proces de vectorizare stochează viitoarele hărţi în straturi ce pot fi ulterior transpuse automat la o mărime corespunzătoare scării de utilizare a hărţii. Categoriile de informaţii, cum ar fi adâncimile, reperele de navigaţie, pot fi adăugate sau şterse la cerere. În unele sisteme specifice aceste elemente pot fi utilizate în scopul obţinerii de mai multe informaţii.

Modul de vizualizare vectorial este de aşa natură creat încât informaţiile sunt expuse electronic altfel decât au fost copiate de pe harta de hârtie. Cele mai multe sisteme automate decid ce informaţie trebuie expusă, funcţie de scara de expunere, astfel încât să se evite neclarităţile de imagine. Acest nou regim operaţional a fost conceput pentru a ţine cont de implicaţiile generate de:

o adăugare/ştergerea de informaţii;

Page 84: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

84

o modificarea scării de expunere şi vizualizarea numai a datelor aferente scării de lucru;

o vizualizarea hărţii la o scară mai mare decât cea la care a fost realizată harta pe suport de hârtie.

8.4.2. Hărţile Raster oficiale

Există două formate oficiale pentru hărţile Raster: � Hărţi raster BSB, care conţin toate datele aflate în hărţile pe suport de hârtie emise

de NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), incluzând corecţiile emise săptămânal. Aceste corecţii sunt accesibile via internet şi realizate după avizele de navigaţie emise de Paza de Coastă a Statelor Unite, Canadei şi Agenţia de Editare şi Control a Hărţilor (NIMA). Baza de date NOAA conţine un număr de 1000 de hărţi ce sunt valabile în format raster din 1995. Mărirea gradului de utilizare a sistemelor electronice de navigaţie, împreună cu poziţionarea prin GPS sau alte sisteme de poziţie, a dus la creşterea vânzărilor de hărţi în format raster şi în prezent se utilizează de două ori mai multe hărţi raster decât hărţi pe suport de hârtie. Hărţile raster se furnizează pe suport electronic (CD-ROM), fiecare conţinând un număr de 55 de hărţi împreună cu facilităţile necesare navigaţiei.

� UKHO – ARCS (United Kingdom Hydrographic Office – Admirality Raster Chart Service) (Serviciul pentru hărţi Raster al Amiralităţii Britanice) şi AHO (Australian Hydrographic Office) (Oficiul Hidrografic Australian) produc hărţi raster conform standardelor şi utilizând hărţile pe suport de hârtie editate de Amiralitatea Britanică. Hărţi raster britanice sunt corectate săptămânal prin intermediul suportului electronic (CD-ROM) cuprinzând aceleaşi informaţii ca şi ediţiile săptămânale ale Avizelor pentru Navigatori (Notice to Mariners) utilizate pentru corectarea hărţilor la bordul navelor. Cele australiene (numite Seafarers) se corectează lunar pe acelaşi principiu. Amiralitatea Britanică are aproximativ un număr de 2700 de hărţi în format raster, valabile pe suport electronic.

Hărţile raster britanice şi australiene sunt realizate prin acelaşi procedeu ca şi hărţile pe

suport de hârtie, procesul constând în tipărirea şi scanarea unei hărţi sau crearea directă a unei hărţi raster. Aceste hărţi reproduc exact hărţile originale pe suport de hârtie cu fiecare pixel raportat la latitudine şi longitudine. În utilizare, schimbările orizontale de datum sunt incluse în fiecare hartă şi toate informaţiile acoperite să fie conforme cu sistemul WGS-84 (World Geodetic System 1984). Nu toate hărţile au informaţiile conforme cu sistemul WGS-84 şi trebuie utilizate cu atenţie când se folosesc date de poziţie furnizate de echipamentul GPS.

Sistemul de producere a hărţilor raster britanice implică utilizarea unei baze principale şi un sistem on-line de copiere, denumit ABRAHAM, care este utilizat pentru corectarea şi înnoirea hărţilor raster, controlul şi schiţarea hărţilor de bază.

Page 85: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

85

Fig. 8.1. Sistemul ABRAHAM de producere a hărţilor Raster editate de Amiralitatea Britanică

Sistemul Abraham reprezintă totalitatea proceselor necesare creării şi menţinerii unei base raster monocrome de înaltă rezoluţie (25µ/1016 dpi) pentru fiecare hartă produsă.

Suportul electronic pentru corectarea hărţilor raster electronice este emis în concordanţă cu Avizele de Navigaţie şi poate avea o periodicitate săptămânală, periodică sau lunară, funcţie de complexitatea corecţiilor ce trebuie realizate.

Page 86: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

86

Fig. 8.2. Zonele de acoperire a hărţilor raster editate de Amiralitatea Britanică

Page 87: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

87

8.4.3. Hărţile electronice de navigaţie

Acestea sunt hărţile destinate utilizării de către echipamentele ECDIS si se realizează într-un singur format universal. Utilizează informaţii vectoriale bazate pe standardele emise de Organizaţie Hidrografică Internaţională, S-57, referitoare la standardele pentru informaţiile hidrografice digitale.

Câteva dintre elementele majore de identificare a proprietăţilor unice ale acestor hărţi sunt: o sunt editate numai de către o autoritate hidrografică guvernamentală sau cu avizul

acesteia; o elementele din hartă trebuie să fie codate şi să poată furniza informaţii; o informaţia este furnizată sub formă de celule ce vor furniza numai date necesare şi

pot fi modificate conform nevoilor de utilizare; o toate informaţiile din hartă sunt raportate sistemul geodezic global WGS-84,

utilizat şi de către echipamentele GPS. Informaţiile sunt accesibile la orice scară a hărţii şi sunt afişate numai informaţiile necesare

operatorului pentru aria prezentată. Dacă se solicită adăugarea sau ştergerea de date acestea pot fi grupate in directoare şi utilizate la cerere. Modificarea scalei hărţii permite ca imaginea să fie mărită şi utilizată mai uşor. Mărirea unei hărţi de tip raster poate duce la modificarea mărimii reperelor de navigaţie şi implicit la crearea unei hărţi nesigure pentru navigaţie. Mărirea unei hărţi electronice de navigaţie rezolvă această problemă, în sensul că reperele de navigaţie îşi păstrează mărimea raportate la scala utilizată şi în caz de modificare acest lucru este imediat adus spre cunoştinţă utilizatorului.

Liniile de contur individuale pot fi definite ca linii de siguranţă sau anti-eşuare, avertizarea fiind dată de apropierea navei de ele. Alarmele vor fi generate în mod automat dacă echipamentul ECDIS sesizează un conflict între ruta stabilită a navei şi caracteristicile hidrografice conţinute de harta electronică de navigaţie, ce ar reprezenta un potenţial pericol pentru navă.

Echipamentul ECDIS poate oferi diferite informaţii din hartă prin prezentarea conţinutului complet al hărţi electronice de navigaţie, prin prezentarea unei expuneri standard a conţinutului sau prin prezentarea unui conţinut minim admis al hărţii electronice, denumit expunere de bază. Primele două moduri de expunere permit adăugarea sau ştergerea de informaţii, în timp ce expunerea de bază nu permite ştergerea de informaţii, acestea fiind considerate ca minim necesare pentru siguranţa navigaţiei.

Validitatea unei hărţi electronice de navigaţie depinde de o serie de factori ce ţin de autoritatea hidrografică editoare şi includ următoarele elemente:

o experienţa în realizarea de hărţi electronice; validitatea creşte odată cu acumularea de experienţă a echipei de realizare;

o calitatea informaţiei; programele utilizate pentru asigurarea calităţii unei baze de date digitale trebuie să fie conforme cerinţelor standardului S-57;

o uniformitatea datelor; este necesar ca toate autorităţile hidrografice să asigure editarea de hărţi electronice de navigaţie standard, utilizarea centrelor de coordonare regională fiind o soluţie optimă în acest sens;

o acoperirea geografică; concentrarea pe zone geografice intens utilizate de companiile de navigaţie poate asigurarea furnizarea de hărţi electronice conform cererilor.

Page 88: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

88

Hărţi vectoriale produse privat

Hărţi raster oficiale Hărţi electronice de navigaţie

Sunt produse de companii private

Sunt realizate de către sau cu avizul autorităţilor hidrografice naţionale

Sunt realizate de către sau cu avizul autorităţilor hidrografice naţionale

Sunt neoficiale Sunt oficiale Sunt oficiale Nu sunt acceptate ca utilizare generală

Sunt acceptate pentru utilizare cu condiţia ca datele cuprinse să fie complete şi asemenea cu cele din harta de hârtie originală

Sunt acceptate pentru utilizare cu condiţia ca datele cuprinse să fie complete şi conforme

Puţin probabil să devină înlocuitorul oficial al hărţilor pe suport de hârtie

Puţin probabil să devină oficial înlocuitorul hărţilor pe suport de hârtie

Sunt echivalentul legal al hărţilor pe suport de hârtie

Posibil să aibă modificări ale datelor originale din hartă

Informaţiile din hartă sunt sigure

Informaţiile din hartă sunt sigure

Au posibilitatea de mărire a scalei de expunere

Mărirea scalei de lucru este limitată la un nivel ce nu modifică imaginea originală şi informaţia rămâne nealterată

Hărţile pot fi utilizate la o scală mărită fără restricţii, detaliile expuse depinzând de scala folosită

Controlul calităţii depinde de producător

Controlul calităţii este realizat conform standardelor guvernamentale

Controlul calităţii este realizat conform standardelor guvernamentale

Tabel 8.1. Date referitoare la integritatea diferitelor tipuri de hărţi în format electronic

Page 89: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

89

Hărţi vectoriale produse privat

Hărţi raster oficiale Hărţi electronice de navigaţie

În general copii ale hărţilor pe suport de hârtie

Copie exactă a hărţilor originale pe suport de hârtie

Toate datele sunt separate pe celule

O diferenţă de imagine faţă de original este prezenţă la toate nivelele de mărire utilizate

Tot timpul este prezentată aceeaşi imagine ca şi originalul. Hărţile sunt mult mai echivalente cu hărţile pe suport de hârtie, decât cele vectoriale, inclusiv hărţile electronice de navigaţie

Nu există similitudine cu harta pe suport de hârtie

Simbolurile şi culorile diferă funcţie de producător

Simbolurile şi culorile sunt identice cu cele din harta originală

Standardul IHO S-52 defineşte noile culori şi simboluri utilizate pe hărţile electronice de navigaţie

Acurateţea, concordanţa şi complexitatea variază funcţie de producător

Acurateţea, concordanţa şi complexitatea ca şi a hărţii originale

Pot fi mult mai precise decât hărţile pe suport de hârtie

Un nou regim operaţional este solicitat

Acelaşi mod de lucru utilizat ca şi pentru hărţile pe suport de hârtie, unele modificări pot apărea datorită mărimii ecranului pe care se afişează

Un nou regim de operare este solicitat

Tabel 8.2. Echivalarea diferitelor tipuri de hărţi electronice cu hărţile pe suport de hârtie

Hărţi vectoriale produse privat

Hărţi raster oficiale Hărţi electronice de navigaţie

Aducerea la zi a hărţilor depinde de producător

Hărţile au corecţiile la zi în momentul vânzării

Hărţile au corecţiile la zi în momentul vânzării

Este dificil de determinat politica producătorul faţă de emiterea de corecţii

Informaţiile sunt corectate conform unor standarde clare

Informaţiile din hartă sunt menţinute conform unor standarde precise

Depinde de producător Pot fi furnizate ediţii noi la cererea utilizatorului

Nu se aplică

Depinde de producător Corecţii on-line pentru utilizatorii comerciali

Corecţiile on-line sunt valabile

Depinde de producător Integrarea automată a corecţiilor

Integrarea automată a corecţiilor

Tabel 8.3. Corectarea diferitelor tipuri de hărţi electronice

Page 90: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

90

Hărţi vectoriale produse privat

Hărţi raster oficiale Hărţi electronice de navigaţie

Datum-ul hărţii poate să nu fie conform WGS-84

Conforme cu WGS-84 Toate datele sunt conform WGS-84

Informaţiile hărţii pot fi scoase din afişaj, posibil informaţii importante pentru navigaţie să fie modificate

Informaţiile hărţii nu pot fi şterse, utilizatorul nu poate şterge informaţiile vitale din greşeală

Informaţiile hărţii pot fi scoase din afişaj, posibil informaţii importante pentru navigaţie să fie modificate

Tabel 8.4. Siguranţa în utilizarea diferitelor tipuri de hărţi electronice

8.5. Caracteristicile hărţilor electronice de navigaţie

8.5.1. Standarde pentru hărţile electronice de navigaţie

Începând cu deceniul 8 al secolului XX, o serie de factori au determinat schimbări radicale în ceea ce priveşte modul de asigurare al navigaţiei:

o creşterea considerabilă a traficului maritim, în special în zone înguste de navigaţie;

o generalizarea utilizării şi precizia deosebită a sistemelor electronice de determinare a poziţiei navei (sistemele de determinare a poziţiei cu ajutorul sateliţilor);

o creşterea alarmantă a cazurilor de poluare a mediului marin; o apariţia unor nave de mari dimensiuni, care navigă cu viteze de peste 20 de

noduri; o reducerea numărului de membrii ai echipei de cart şi timpul limitat pe care îl au la

dispoziţie pentru studierea, analizarea şi completarea documentaţiei nautice (în forma tipărită);

Acestea au fost principalele motive legate de domeniul strict al navigaţiei care au condus la ideea introducerii unui sistem de vizualizare în timp real al poziţiei navei pe un ecran video.

Modul în care acest lucru a fost realizat în practică a fost strict legat de evoluţia microprocesoarelor şi a sistemelor de radiocomunicaţii.

În anul 1985, Organizaţia Maritimă Internaţională a recunoscut oficial posibilitatea utilizării hărţilor de navigaţie electronice, precum şi a sistemelor de vizualizare ale acestora, sistemele ECDIS.

Având cele mai avansate tehnologii în domeniul colectării şi prezentării datelor geografice în format electronic, echipamentul ECDIS a fost considerat ca un mijloc eficient pentru:

o creşterea siguranţei navigaţiei; o menţinerea la zi a informaţiei de navigaţie, corectarea hărţilor; o simplificarea activităţii ofiţerului de cart în ceea ce priveşte lucrul pe hartă.

Uniformizarea modului de prezentare al informaţiei geografice în mod electronic, precum şi a echipamentelor ce permit vizualizarea acestui tip de informaţie (ECDIS) a fost elaborată de patru organizaţii mondiale şi anume:

� Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O), care pune la dispoziţia producătorilor principalele seturi de date ce stau la baza alcătuiri hărţilor electronice de navigaţie;

Page 91: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

91

� Organizaţia Maritimă Internaţională (I.M.O), care stabileşte normele pe care hărţile electronice de navigaţie trebuie să le respecte, pentru ca acest produs să fie util navigatorului, atât din punct de vedere al modului în care este prezentată informaţia cât şi în ceea ce priveşte tipul de informaţie;

� Comisia Internaţională de Electronică (I.E.C), care controlează produsele din punct de vedere al standardelor de fiabilitate electronică şi informatică;

� Comisia Internaţională Radio-Maritimă (I.R.M.C), care verifică standardele pentru transmisia datelor pe cale radio.

La elaborarea acestor standarde au fost avute în vedere două opţiuni de bază şi anume: o Compensarea scăderii în rezoluţie a imaginii hărţii electronice de navigaţie, în

raport cu o hartă de navigaţie pe suport de hârtie, prin asigurarea unei interfeţe cu ajutorul căreia ofiţerul de cart să poată accesa şi interoga baza de date alfanumerică, astfel s-a optat pentru harta electronică în variantă vectorială în defavoarea variantei raster;

o Standardele impuse pentru echipamentul ECDIS sunt limitate numai în ceea ce priveşte interfaţa de lucru a utilizatorului (pentru a face cât mai accesibilă utilizarea sistemului de către orice navigator), permiţând în schimb o evoluţie informatică în ceea ce priveşte generarea şi vizualizarea hărţilor electronice de navigaţie.

Echipamentele ECDIS, pentru a fi omologate ca aparatură de navigaţie, trebuie să satisfacă patru tipuri de norme:

o echipamentele ECDIS trebuie să corespundă normelor pentru aparatura de navigaţie prevăzută de Convenţia SOLAS, standardul specific ECDIS fiind elaborat de către Organizaţia Maritimă Internaţională prin rezoluţia A/817(19) din 15 decembrie 1995, inclusiv amendamentele din 1999;

o harta electronică, care redă caracteristicile geografice, trebuie să fie conformă cu standardele S-52 şi S-57 elaborate de Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O);

o partea de hardware şi software a echipamentului ECDIS trebuie să corespundă normelor specifice IEC 61174 (1999) elaborate de Comisia Internaţională de Electronică (I.E.C).

o având în vedere că aceste echipamente se instalează la bordul navelor, tipul echipamentului va trebui aprobat de către registrul naval naţional.

8.6. Echipamente ECDIS (Electronic Chart Display and Information System)

Echipamentul ECDIS este definit de Organizaţia Maritimă Internaţională (I.M.O), ca fiind: „Un sistem de informare pus la dispoziţia navigatorului, putând fi acceptat ca un

echivalent pentru harta de navigaţie tipărită, în accepţiunea termenilor prezentaţi de Regula V, Capitolul 20 din Convenţia SOLAS 1974. Echipamentul ECDIS permite afişarea tipului de informaţie solicitat de către utilizator, pe baza imaginii unei hărţi electronice de navigaţie şi a informaţiei de poziţie furnizată de aparatura electronică de navigaţie, având ca scop asistarea navigatorului în ceea ce priveşte stabilirea rutei de navigaţie şi urmărirea deplasării navei. Dacă este necesar, sistemul permite afişarea unor informaţii suplimentare privitoare la navigaţie.”

Ca urmare, echipamentul ECDIS este un sistem acceptat de către Organizaţia Maritimă Internaţională pentru a înlocui harta de navigaţie tradiţională.

Echipamentul ECDIS este un sistem informaţional de navigaţie cuprinzând parte hardware, vizualizare software şi hărţi vectoriale oficiale, toate acestea trebuind să fie conforme cu standardele

Page 92: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

92

cerute pentru acest tip de echipament, care pe lângă alte aspecte cuprind standarde referitoare la structura informaţiei din hărţi, cerinţe minime de vizualizare şi specificaţiile minime ale echipamentului.

Hărţile utilizate de echipamentele ECDIS trebuie să fie conform cu specificaţiile standardul S-57 pentru hărţile electronice de navigaţie şi performanţele acestor hărţi conform cerinţelor aprobate de Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O) în februarie 1996. Sunt acceptate numai acele hărţi editate de către o autoritate hidrografică guvernamentală.

Modul de concepere al unui echipament ECDIS a fost reglementat şi acceptat de către Organizaţia Maritimă Internaţională (I.M.O) în noiembrie 1996, devenind Anexa 6 la Standardele de Performanţă şi permiţând astfel ca echipamentul ECDIS să fie echivalentul legal al hărţilor pe suport de hârtie conform Reguli V, Capitolul 20 din Convenţia SOLAS 1974.

Există o cerinţă a Organizaţiei Maritime Internaţionale (I.M.O) ce prevede ca obligaţie a Serviciile Hidrografice ale statelor membre să editeze sau să supervizeze editarea de hărţi electronice de navigaţie, împreună cu corecţiile aferente, şi producătorii de echipament ECDIS trebuie să producă respectivele echipamente conform cu cerinţele din Standardele de Performanţă.

Alte indicaţii notabile privind echipamentele ECDIS includ: o Standardul S-52 a Organizaţiei Hidrografice Internaţionale (I.H.O) care specifică

ce trebuie să conţină harta electronică şi modul de vizualizare prin intermediul echipamentului ECDIS. Aceasta conţine anexe privind editarea, aducerea la zi şi vizualizarea hărţilor electronice de navigaţie, specificaţii prind simbolurile şi culorile utilizate. Acest Standard a fost publicată în decembrie 1996.

o Standardul Internaţional 61174 al Comisiei Internaţionale pentru Electronică (I.E.C). În acesta se descriu metodele de testare, rezultatele ce trebuie obţinute, pentru ca un echipament ECDIS să fie conform cu cerinţele I.M.O. Standardul a fost publicat oficial în august 1998 şi reprezintă cerinţele de bază pentru aprobarea şi certificarea unui echipament ECDIS ce corespunde cerinţelor Organizaţiei Maritime Internaţionale (I.M.O).

8.6.1. Termeni utilizaţi în operarea echipamentelor ECDIS

Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) – „Sistem de vizualizare a hărţi electronice şi a informaţiei” – înseamnă un sistem de navigaţie care, cu suportul necesar, poate fi acceptat ca fiind conform cu, cerinţele privind hărţile de navigaţie în concordanţă cu Regula V/20 din Convenţia SOLAS 1974, afişarea informaţiilor selectate de la un sistem de hărţi electronice de navigaţie cu informaţii referitoare la poziţie de la un sistem de navigaţie, afişarea de informaţii suplimentare de navigaţie, dacă sunt solicitate, în scopul asistării navigatorilor în planificarea şi executarea rutei stabilite.

Electronic Navigational Chart (ENC) – „Hartă electronică de navigaţie” – este o bază de date, cu conţinut, structură şi format standardizate, editate pentru a fi utilizate de către echipamentele ECDIS de către o autoritate hidrografică guvernamentală autorizată.

System Electronic Navigational Chart (SENC) – „Sistem de hărţi electronice de navigaţie” – este o bază de date rezultată din transformarea hărţilor electronice de navigaţie de către echipamentul ECDIS în scopul unei utilizări adecvate, realizarea de corecţii şi aduceri la zi a hărţilor electronice corespunzătoare, şi posibilitatea adăugării de date de către utilizator.

Standard Display – „Vizualizare standard” – reprezintă informaţia ce trebuie arătată la prima vizualizare pe un echipament ECDIS a unui sistem de hărţi electronice de navigaţie. Nivelul informaţiilor furnizate în vederea planificării şi monitorizării rutei poate fi modificată de către navigator.

Page 93: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

93

Display Base – „Vizualizare de bază” – reprezintă nivelul de informaţii al sistemului de hărţi electronice de navigaţie ce nu poate fi şters, format din informaţii ce sunt necesare tot timpul, în orice zonă geografică şi în orice situaţie.

8.6.2. Cerinţele de bază pentru un echipament ECDIS

Informaţia hărţi electronice de navigaţie – trebuie să fie furnizată de către autorităţile hidrografice guvernamentale autorizate şi reactualizată regulat conform standardelor cerute de Organizaţia Hidrografică Internaţională (I.H.O).

Culorile/Simbolurile – trebuie să fie conforme cu specificaţiile impuse prin standardul S-52. Mărimea şi aspectul simbolurilor sunt specificate şi navigatorii trebuie să aibă posibilitatea de selectare a culorilor funcţie de condiţii de lucru, ziua, la apus/răsărit sau noaptea.

Poziţia navei proprii – echipamentul ECDIS trebuie să arate poziţia navei proprii pe ecran. Această poziţie este rezultatul informaţiilor primite de la alte echipamente electronice de poziţionare şi trebuie să fie continuu reactualizată şi afişată.

Modificarea scalei hărţii – utilizarea funcţiei de mărire sau micşorare a hărţii trebuie să permită ca informaţia să fie vizualizată indiferent de scala utilizată. Echipamentul ECDIS trebuie să afişeze un avertisment dacă informaţia expusă este la o scală mai mare decât cea conţinută de harta electronică de navigaţie sau dacă poziţia navei este realizată pe o hartă electronică de navigaţie cu o scală mai mare decât cea la care este vizualizată pe ecran.

Modul de vizualizare – utilizatorii trebuie să aibă posibilitatea selectării modului de lucru, „nordul sus” sau „prova sus”. De asemenea, afişarea trebuie să poată furniza mişcare reală, când simbolul navei proprii se mişcă pe ecran, sau mişcare relativă, când simbolul navei proprii este staţionar şi harta se mişcă relativ la navă.

Adâncime/Contur de siguranţă – utilizatorii pot selecta adâncimea de siguranţă, astfel toate adâncimile măsurate cu valoare mai mică sau egală cu adâncimea de siguranţă sunt accentuate, sau contur de siguranţă când linia batimetrică de siguranţă este accentuată faţă de celelalte linii batimetrice.

Alte informaţii pentru navigaţie – informaţiile primite de la radar sau radar ARPA pot fi afişate pe ecran.

8.6.3. Funcţiile echipamentului ECDIS referitoare la planificarea şi monitorizarea rutei

Planificarea rutei – utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea planificării unei rute necesare, incluzând crearea de puncte de schimbare de drum ce pot fi modificate dacă este necesar. De asemenea, utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea de a specifica o limită a deviaţiei maxime admise de la ruta planificată şi care să declanşeze automat un sistem de alarmă privind devierea de la ruta trasată.

Monitorizarea rutei – echipamentul ECDIS trebuie să arate poziţia navei proprii când pe ecran este afişată zona de navigaţie. Utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea de a vizualiza alte zone ale hărţii şi revenirea la poziţia navei proprii să se facă cu ajutorul unei singure comenzi. Informaţiile afişate trebuie să conţină continuu indicaţii asupra poziţiei navei, valoarea drumului urmat şi viteza navei şi alte informaţii, cum ar fi, istoricul rutei parcurse, timpul estimat de ajungere la destinaţie, considerate necesare de către utilizator. Alarmele trebuie să activeze conform setărilor date de utilizator.

Page 94: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

94

Atenţionări/Alarme – echipamentul ECDIS trebuie să furnizeze informaţii despre starea sistemului sau a componentelor acestuia; o alarmă trebuie să se declanşeze în cazul în care se solicită o atenţie imediată. O atenţionare poate fi vizuală, în timp ce o alarmă poate fi vizuală dar trebuie să aibă şi un caracter sonor. Atenţionările, trebuie să cuprindă, printre altele, informaţii referitoare la depăşirea scalei hărţii, diferite referiri de sistem, planificarea rutei în afara unui contur de siguranţă. Alarmele se referă la erori ale sistemului, devieri de la rută, depăşirea unui contur de siguranţă.

Înregistrarea voiajului – echipamentul ECDIS trebuie să aibă capacitatea de a înregistra deplasarea navei pe durata întregului voiaj în intervale de 4 ore. De asemenea, echipamentul ECDIS trebuie să înregistreze ultimele 12 ore de voiaj, o astfel de înregistrare trebuie făcută de aşa manieră încât să nu se deterioreze în nici un fel şi să existe posibilitatea reproducerii informaţiilor de navigaţie şi verificarea bazei de date utilizate. Informaţii de genul, drumul parcurs de navă, ora, poziţia, viteza, cursul urmat şi o înregistrarea a informaţiilor oficiale din harta electronică de navigaţie utilizate, incluzând sursa, ediţia, data, celula, istoricul corecţiilor, trebuie să fie înregistrate la intervale de timp de 1 minut.

Sistemul de rezervă – este necesar în caz de defectare a sistemului ECDIS. Sistemul de rezervă trebuie să afişeze în format grafic informaţii geografice şi hidrografice relevante pentru siguranţa navigaţiei. Un astfel de sistem trebuie avut pentru planificarea şi monitorizarea rutei. Dacă sistemul de rezervă este unul electronic, acesta trebuie să aibă cel puţin capacitatea afişării informaţiilor din vizualizarea standard aşa cum sunt ele prezentate în standardele de performanţă.

8.6.4. Funcţiile principale ale echipamentului ECDIS conform Rezoluţiei A817(19) a I.M.O

� Creşterea siguranţei navigaţiei � Afişarea pe ecran a tuturor elementelor cartografice necesare pentru navigaţie, pe

baza datelor furnizate de autorităţile hidrografice autorizate � Asigurarea reactualizării datelor cartografice şi hidrografice într-o manieră

simplă şi eficientă � Prin comparaţie cu lucrul pe harta de navigaţie pe suport de hârtie, sistemul

ECDIS trebuie să asigure: o indicarea în mod continuu şi în timp real a poziţiei navei; o posibilitatea planificării rutei, urmărirea acesteia şi posibilitatea efectuării

determinărilor care se practică uzual pe harta de navigaţie pe suport de hârtie;

� Echipamentul ECDIS trebuie să aibă fiabilitate şi să asigure aceeaşi capacitate de

lucru ca şi harta de navigaţie pe suport de hârtie � Echipamentul ECDIS trebuie să posede alarmele necesare pentru semnalarea

erorilor unor date sau a funcţionării defectuoase a echipamentului.

Page 95: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

95

8.7. Acurateţea hărţilor electronice utilizate de echipamentele ECDIS

O hartă este bună dacă datele conţinute au o acurateţe ridicată de la prima lor colectare de către cartograf. O hartă de navigaţie se realizează ţinând cont de două raporturi: orizontal, pentru latitudine şi longitudine, şi vertical, pentru adâncime şi înălţime.

Încă de la începuturile realizării de hărţi, hărţile locale se bazau pe forma Pământului în zona respectivă şi, deoarece Pământul nu este o sferă perfectă, forma diferă de la o regiune la alta.

În figura 7.3 este reprezentată o linie verticală ce intersectează suprafaţa Pamântului. Figura arată neuniformitatea suprafeţei Pământului, linia punctată reprezentând un geoid şi linia continuă un elipsoid. Geoidul reprezintă o suprafaţă cu gravitate de valori egale şi unde direcţia forţei de gravitaţie este întotdeauna perpendiculară pe suprafaţa Pământului. În scopul realizării de hărţi este necesar a se utiliza un datum geodetic într-un sistem de referinţă elipsoidal. Suprafaţa unui geoid este neregulată în timp ce a unui elipsoid este regulată.

Fig. 8.3. Suprafaţa Pământului reprezentată ca geoid şi elipsoid

S-au utilizat mai multe tipuri de elipsoid pentru a reprezenta cel mai bine geoidul caracteristic unei anumite zone. Utilizarea unui elipsoid pentru calculele de poziţie trebuie mai întâi raportat la un geoid şi astfel, relaţiile definite sunt cunoscute sub denumirea de datum. Acurateţea unui punct de referinţă (datum) poate fi bună pentru zona unde s-a calculat, dar poate scădea odată cu depărtarea de respectivul punct.

Există mai multe sisteme locale de realizare a datum-ului, cum ar fi: Ordnance Survey Great Britain 1936 (OSGB36), European Datum 1950 (ED50), Australian Geodetic System 1984, North American Datum 1983 (NAD83). Hărţile realizate pentru o anumită zonă trebuie să conţină informaţii asupra sistemului de referinţă utilizat la realizarea ei.

Utilizarea sateliţilor a impus dezvoltarea unui sistem global de referinţă şi astfel, echipamentele GPS utilizează Sistemul Geodetic Global (WGS-84), ce foloseşte un model al întregii suprafeţe terestre. Pentru acest sistem punctul de referinţă este reprezentat de centrul de greutate al Pământului, astfel sistemul de referinţă utilizat are rezultate bune chiar şi pentru hărţi

Page 96: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

96

reprezentând zone restrânse. La ora actuală nu toate hărţile sunt realizate în acest sistem, motivele întârzierii fiind:

o timpul necesar înlocuirii hărţilor actuale cu hărţi utilizând sistemul de referinţă WGS-84;

o lipsa datelor necesare calculelor efectuate pentru schimbarea sistemului de referinţă, în unele cazuri, sistemul de referinţă utilizat în realizarea hărţi nu se cunoaşte sau este foarte puţin definit.

Spre exemplu, aproape 40% dintre hărţile editate de Amiralitatea Britanică au sistemul de referinţă necunoscut şi pentru schimbarea acestora la sistemul de referinţă global va fi necesară recartografierea zonelor de acoperire respective.

Pentru hărţile electronice vectoriale este o cerinţă obligatorie realizarea acestora direct în sistemul de referinţă WGS-84. Pentru realizarea de hărţi electronice în acest sistem şi a hărţilor realizate cu alte sisteme de referinţă se utilizează modele matematice de transformare. Utilizatorii hărţilor electronice trebuie să verifice întotdeauna dacă harta pe suport de hârtie folosită în paralel cu harta electronică este realizată în sistemul de referinţă WGS-84. Pentru cazul în care harta pe suport de hârtie nu este realizată în sistemul global de referinţă şi nu există datele necesare transformării ei, utilizarea poziţiei furnizate de către echipamentul GPS nu poate fi folosită.

Fig. 8.4. Poziţia unui punct geografic realizată cu ajutorul diferitelor sisteme de referinţă

Pentru siguranţa lucrului pe hartă, împreună cu informaţii de poziţie primite de la echipamentul GPS, cea mai bună soluţie este utilizarea în procesul de navigaţie numai a sistemului de referinţă WGS-84.

Majoritatea echipamentelor GPS au din construcţie introduse modele de calcul pentru transformarea datelor din diferite sisteme de referinţă, deci se pot obţine informaţii într-un sistem de referinţă local, lucru ce prezintă anumite dezavantaje, cum ar fi:

o două echipamente GPS diferite pot utiliza modele proprii de transformare şi astfel să dea rezultate diferite, deoarece nu există un standard aplicabil pentru formulele de transformare utilizate;

Page 97: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

97

o este dificil asigurat sistemul de referinţă utilizat de echipamentul GPS la fiecare schimbare a hărţii de navigaţie;

o poziţia furnizată de echipamentul GPS poate fi transmisă simultan către alte echipamente electronice de navigaţie, cum ar fi radarul ARPA, pilotul automat, echipamente ce lucrează cu date în sistemul de referinţă global;

o unele echipamente GPS aplică transformarea sistemului de referinţă tuturor datelor de poziţie (puncte de schimbare de drum) memorate.

8.8. Funcţiile de operare ale echipamentele ECDIS

8.8.1. Modul de identificare a echipamentelor ECDIS

Multitudinea de modele de echipamente ECDIS existente în prezent la bordul navelor, a obligat forurile internaţionale care se ocupă de domeniul hărţilor electronice să stabilească un cod (aşa numitul Cod VERDE – GALBEN – ROŞU) pentru omologarea produselor de acest tip existente.

Astfel, fiecare culoare a codului ce etichetează un echipament reprezintă catalogarea acestuia conform standardelor impuse de Organizaţia Maritimă Internaţională şi de către Organizaţia Hidrografică Mondială.

Etichetă Cod Verde – desemnează un produs 100% compatibil cu standardele I.M.O şi I.H.O, ceea ce înseamnă utilizarea hărţilor electronice de navigaţie în standardul S-57, posibilitatea actualizării acestor hărţi, admite utilizarea echipamentelor de poziţionare globală diferenţiale (DGPS) în zonele costiere şi are toate funcţiile corespunzătoare Standardului de Performanţă.

Etichetă Cod Galben – desemnează un produs care se conformează parţial standardelor impuse de I.M.O şi I.H.O.

Etichetă Cod Roşu – se aplică echipamentelor care nu respectă nici unul din standardele I.M.O şi I.H.O.

8.8.2. Caracteristici ale programului de operare ECDIS rulat pe un PC

Un program de operare ECDIS utilizat pe un PC sau pe o consolă specializată trebuie să respecte anumite specificaţii tehnice şi să îndeplinească diverse funcţii, cum ar fi:

� Formate de hărţi electronice de navigaţie acceptate: o I.H.O standard S-57 o CHS NTX vector data o CMAP vector data o NOAA (USA) BSB raster data o British Admiralty ARCS raster data

� Funcţiuni oferite pentru hărţi: o afişare hărţi vectoriale sau raster o afişare caroiaj latitudine/longitudine Mercator o 3 nivele de informare pentru hărţile electronice vectoriale o previziune traiectorie navă şi alarmă anti-coliziune (pentru hărţile

vectoriale)

Page 98: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

98

o reactualizare hărţi o mişcare reală o repoziţionare manuală o simulare deplasare navă în condiţii de estimă

� Afişaje care se suprapun peste hărţile electronice de navigaţie

o zone de veghe � cercuri de distanţă � caroiaj latitudine/longitudine � conturul navei � linia prova � drum deasupra fundului � săgeata pentru direcţia Nord � memorarea traiectoriei navei pentru ultimele 24 ore

o funcţii pentru ruta de navigaţie � număr nelimitat de rute memorate � număr nelimitat de rute afişate � bibliotecă nelimitată pentru puncte de schimbare de drum � editarea punctelor de schimbare de drum � ruta reversibilă � configurarea adâncimii de siguranţă şi abaterea laterală � import/export rute

� Înregistratorul de drum o conform standardului I.M.O o posibilitatea rulării înregistrării o interfaţă cu alte echipamente o intrare pentru două echipamente de furnizare a poziţiei (GPS, LORAN) o loch, anemometru, sondă ultrason, radar, radar ARPA

� Elemente de navigaţie o NAVLINE o Relevment o Distanţe o Definire zone de alarmare o Introducere note utilizator

� Modulul Radar o suprapunere pe harta electronică de navigaţie a imaginii radar o imagine radar de sine stătătoare o reglaj imagine radar

8.8.3. Funcţii Utilizator

Pregătirea voiajului, respectiv alegerea rutei între porturile de escală. Această rută fiind definită prin intermediul unor puncte caracteristice, puncte de schimbare de drum (WP).

Definirea punctelor de schimbare de drum poate fi făcută direct pe harta de navigaţie, fie printr-o metodă tabelară, ambele variante fiind interconectate, respectiv un punct de schimbare de drum definit pe harta electronică va apărea şi în tabelul de stocare al datelor pentru punctele caracteristice, sau un punct de schimbare de drum definit în tabel prin coordonate geografice (latitudine/longitudine), va apărea materializat şi pe harta electronică de navigaţie respectivă.

Page 99: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

99

Pe harta electronică de navigaţie sunt marcate şi zonele cunoscute ca periculoase pentru navigaţie. Ca urmare, în momentul trasării rutei de navigaţie, dacă aceasta intersectează o astfel de zonă, se va emite un semnal sonor (o alarmă) de avertizare.

Înainte de a se începe plotarea punctelor de schimbare de drum se vor introduce principalele date referitoare la nava noastră, care activează sistemul anti-eşuare, respectiv pescajul navei şi adâncimea minimă de siguranţă sub chilă şi eventual viteza medie de croazieră.

Pentru navigator este mai uşor să efectueze planificarea rutei direct pe harta electronică de navigaţie, având afişată şi fereastra cu datele tabelare ale punctelor de schimbare de drum. În acest fel are posibilitatea de a da anumite denumiri punctelor caracteristice respective, denumiri ce vor facilita recunoaşterea ulterioară a acestora.

În momentul în care un punct de schimbare de drum este definit, în tabel vor apărea valorile care vor indica drumul de parcurs între două puncte de schimbare de drum succesive, distanţa între acestea şi timpul necesar (dacă a fost introdusă în prealabil o viteză medie).

Controlul navigaţiei. Se face în mod continuu şi în timp real, punctul navei putând fi afişat pe harta electronică de navigaţie simultan pe baza informaţiei provenite de la două echipamente de navigaţie electronică independente: GPS/DGPS – LORAN sau GPS/DGPS – AIS.

Peste harta electronică de navigaţie poate fi suprapusă imaginea radar sau radar ARPA, atât în cea ce priveşte reperele fixe recepţionate de radar, dar şi ţintele mobile, inclusiv cu vectorii lor de mişcare, în cazul în care ele au fost plotate cu ajutorul facilităţilor ARPA.

Vectorul de mişcare pentru nava proprie va fi afişat şi reactualizat în permanenţă. În acelaşi timp, sub formă digitală, în ferestre laterale, vor fi afişate toate datele referitoare

la navigaţie, drumul ţinut la timonă, viteza prin apă, drumul deasupra fundului, viteza deasupra fundului, poziţia navei prin coordonate geografice, elementele de derivă, direcţia, distanţa şi ETA până la următorul punct de schimbare de drum, valoarea abaterii laterale de la ruta trasată.

Având în vedere că echipamentul ECDIS trebuie să asigure toate facilităţile legate de lucrul pe hartă, softul permite trasarea direct pe harta electronică de navigaţie a relevmentelor şi distanţelor măsurate la diferite repere, respectiv stabilirea punctului navei prin metode independente de echipamentele radio-electronice de poziţie.

În cazul în care se consideră că aceste determinări, sunt mai precise decât informaţia electronică de poziţie, lucru foarte posibil dacă nu se lucrează cu echipamentul de poziţionare globală diferenţial, atunci poziţia navei poate fi corectată manual, luându-se ca punct de referinţă punctul determinat costier.

Legat de siguranţa navigaţiei, funcţiile de alarmare incluse în programul de operare sunt foarte importante. Aceste alarme vor semnala:

o apropierea de o linie batimetrică cu adâncime inferioară adâncimii de siguranţă; o apropierea de un pericol de navigaţie; o apropierea de o anumită zonă de navigaţie; o apropierea unei ţinte mobile, la valori ale CPA/TCPA mai mici decât cele

programate; o abaterea peste limita programată faţă de ruta trasată; o apropierea de un punct de schimbare de drum; o momentul începerii giraţiei pentru o schimbare de drum; o nefuncţionarea unuia dintre sistemele electronice de poziţie.

Page 100: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

100

Page 101: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

101

Sistemul Automat de Identificare este bazat pe un transponder situat la bordul navei ce transmite continuu informaţii despre nava proprie, utilizând banda de frecvenţă VHF pentru uz maritim.

Informaţiile transmise de acesta conţin: � datele de identificare ale navei: numele navei, indicativul, lungime, lăţime,

pescaj, etc; � tipul de marfă transportat şi dacă este de natură periculoasă; � informaţii despre drumul urmat şi capacităţile de manevră ale navei; � poziţia navei conform informaţiei furnizate de echipamentul GPS.

Aceste informaţii trebuie să poată fi recepţionate de alte echipamente AIS de la bordul altor nave, precum şi de către staţiile Serviciului de Control Trafic (VTS) cuprinse în raza de acoperire a acestuia. Informaţiile recepţionate de către o navă sau staţie de coastă trebuie să permită transpunerea poziţiei navei pe o hartă electronică de navigaţie, conform poziţiei furnizate de echipamentul de poziţionare globală utilizat (GPS sau DGPS), însoţită de un vector de viteză care să arate viteza navei şi cursul ţinut la timonă. Prin accesarea ţintei, alte informaţii cum ar fi datele de identificare ale navei trebuie să fie afişate.

Fig. 9.1. Componentele Sistemului Automat de Identificare (AIS)

Sistemul de Identificare Automată (AIS) necesită mai multe componente adiacente în scopul realizării atribuţiilor, cum ar fi: un echipament GPS sau DGPS, un transmiţător VHF, două receptoare VHF TDMA (time division multiple access), un receptor VHF DSC şi un sistem

Page 102: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

102

electronic de comunicaţie conform standardelor maritime conectat la sistemul de vizualizare al hărţii electronice de la bordul navei. Informaţiile referitoare la poziţia navei sunt furnizate de către un sistem poziţionare globală. Informaţiile referitoare la drumul urmat de navă şi viteză sunt transmise de echipamentul AIS pe baza datelor furnizate de alte echipamente electronice de navigaţie, dar informaţiile referitoare la destinaţia navei, timpul estimativ de sosire (ETA) pot fi furnizate numai prin setare anterioară.

9.1. Recomandările privind standardele de performanţă pentru Sistemul Automat de Identificare de la bordul navelor conform Rezoluţiei I.M.O MSC 74(69), Anexa 3

În cadrul celei de a treia întâlniri a Subcomitetului pentru Navigaţie al Organizaţiei Maritime Internaţionale, ce a avut loc în iulie 1997, s-au elaborat standardele de performanţă pentru echipamentele AIS de la bordul navelor, în formă iniţială. Aceste standarde de performanţă descriu cerinţele operaţionale pentru echipamente, dar nu definesc protocolul de comunicaţii ce trebuie utilizat de către acestea.

Raportul Subcomisiei pentru Siguranţa Navigaţiei cuprinde următoarele elemente referitoare la echipamentele AIS:

1. Toate navele cu un tonaj brut de peste 300 de tone (angajate în voiaje internaţionale), navele pentru transport marfă cu un tonaj brut de 500 tone şi mai mare (neangajate în voiaje internaţionale), şi navele de pasageri, indiferent de mărime, trebuie să fie dotate cu echipament AIS, după cum urmează:

1.1. navele construite pe sau după 1 iulie 2002; 1.2. navele angajate în voiaje internaţionale construite înainte de 1 iulie 2002; 1.2.1. în cazul navelor de pasageri indiferent de mărime şi a tuturor tancurilor

petroliere, nu mai târziu de 1 iulie 2003; 1.2.2. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 50000 de tone sau mai mare, nu mai târziu de 1 iulie 2004; 1.2.3. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 10000 de tone sau mai mare, dar mai mic de 50000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2005; 1.2.4. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 3000 de tone sau mai mare, dar mai mic de 10000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2006; 1.2.5. în cazul navelor, altele decât navele de pasageri şi tancurile, cu un tonaj brut de 300 de tone sau mai mare, dar mai mic de 3000 de tone, nu mai târziu de 1 iulie 2007; şi 1.3. navele neangajate în voiaje internaţionale construite înainte de 1 iulie 2002, dar nu

mai târziu de 1 iulie 2008. 2. Administraţia poate excepta de la aplicarea cerinţelor din paragraful anterior dacă

aceste nave vor fi scoase definitiv din serviciu în cel mult doi ani de la data de implementare specificată în paragraful 1.

3. Echipamentul AIS trebuie să: 3.1. să furnizeze automat unei staţii de coastă, altă navă sau aeronavă echipate

corespunzător informaţii, incluzând identitatea navei, tipul, poziţia, cursul, viteza, starea navei şi alte informaţii referitoare la siguranţă;

3.2. recepţionarea automată de astfel de informaţii de la nave achipate asemănător; 3.3. monitorizarea şi urmărirea navelor; şi

Page 103: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

103

3.4. schimbul de date cu facilităţile costiere, cerinţele prezentului paragraf nu trebuie aplicate cazurilor în care există regulamente internaţionale, reguli sau standarde emise în scopul protejării informaţiilor de navigaţie. Sistemul AIS trebuie să fie utilizat ţinând cont de recomandările adoptate de către Organizaţie.

9.2. Funcţiile de operare ale Sistemului Automat de Identificare

Monitorizarea ţintelor: o afişarea unui număr nelimitat de ţinte pe ecran; o sortarea ţintelor funcţie de valoarea TCPA şi RCPA; o ţintele pot fi centrate individual pe ecran; o posibilitatea de activare a unei singure ţinte; o mesajele pot fi trimise în format binar sau format ASCII pe canal specific; o transmiterea datelor automat (programat) sau manual o transmisiile binare cuprind: om la apă, ARPA, elemente şi puncte de interes

(puncte de schimbare de drum, rute sau zone); o afişarea canalelor de lucru ale AIS; o afişarea valorii CPA pe ecran; o alarme şi atenţionări bazate pe caracteristicile CPA configurat.

Monitorizarea AIS Long Range: o configurare poşta electronică utilizând Microsoft MAPI (Mail Application

Programming Interface); o monitorizare cu ajutorul sistemului Inmarsat; o filtrarea informaţiilor de către expeditor; o posibilitatea de transmitere către mai multe adrese de poştă electronică; o configurarea formatelor.

Configurarea modulului AIS: o posibilitatea de ştergere a proprietăţilor ţintelor; o transmiterea datelor referitoare la nume, indicativ, tipul navei, număr IMO, MMSI,

pescaj, voiaj, destinaţie şi ETA destinaţie; o informaţii despre transponderul navei proprii; o caracteristicile distinctive ale transponderului; o echipamentul GPS utilizat pentru poziţionare pe harta electronică de navigaţie; o starea transponderului sistemul de poziţionare globală;

Page 104: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

104

Fig. 9.2. Vizualizarea informaţiilor furnizate de echipamentul AIS pentru o ţintă

Page 105: Curs Navigatie Electronica

Navigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie ElectronicăNavigaţie Electronică

105

1. Rezoluţia A.577 (14) - Operational Status of Electronic Position-Fixing Systems 2. Rezoluţia A.953(23) - World-wide radio navigation System 3. Rezoluţia A.479 (XII) - Performance Standards for Shipborne Receivers for Use with

Differential Omega 4. Rezoluţia A.526 (13) - Performance Standards for Rate-of-Return 5. Indicators (“Refer to res.A.281(VIII”) Rezoluţia A.281(VIII) -Recommendation on general

requirements for electronic navigational aids 6. Rezoluţia A.665 (16) - Performance Standards for Radio Direction-Finding Systems 7. Tetley, L. and Calcutt, D. Electronic Aids to Navigation. 1986. London, Edward Arnold

(ISBN 0-7131-3548-4) 8. Toft, H. GPS Satellite Navigation. Stoevring, SHIPMATE, Rauff and 9. Soerenson Ltd (Oestre Aile 6, DK-9530 Stoevring, Denmark, 1987) (ISBN 87-982698-3-6) 10. Standardul de Interfață NMEA 0183 v.3.01 (Severna Park, MD, National Marine Electronic

Association, 1/2002) 11. Facts about electronic charts and carriage requirements, 2nd Ed. (Finnish Maritime

Administration: Primar Stavanger and IC-ENC, 5/2007) 12. Gale, H. (2009) From Paper Charts to ECDIS. London: Nautical Institute 13. IEC 61174 – Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems –

Electronic chart display and information system (ECDIS) – Operational and performance requirements, methods of testing and required test results, Edition 3.0, International Electrotechnical Commission

14. IHO S-66, Facts about electronic charts and carriage requirements, Jan 2010 Edition 15. IHO S-61, Product specifications for Raster Navigational Charts, Ediția 1.0 16. IHO S-52 Specifications for chart content and display aspects of ECDIS, 5th ed., as

amended (IHB 12/2001) 17. IHO S-100 Universal Hydrographic Data Model, Ed. 1.0.0 (Monaco: IHB, 1/2010) 18. IHO S-57, Electronic Navigational Chart (ENC), Edition 3.1 19. Bosneagu R. (2013) Navigatia electronica. Navigatia ortodromica. Editura Directiei

Hidrografice Maritime, ISBN 978-606-92519-9-7, Constanta, Romania 20. Norris, A. (2010) ECDIS and Positioning, London: Nautical Institute 21. Weintrit, A. (2009) The Electronic Chart Display and Information System (ECDIS): An

Operational Handbook, Gydnia: Gydnia Maritime University, Poland, Balkema Book, CRC Press, Taylor & Francis Group

22. Hecht, et al. (2010) The Electronic Chart, 3rd Ed. Lemner, The Netherlands: GITC bv 23. The ECDIS Manual, ECDIS Ltd., Whitherby Seamanship International, Edition 2012