Navigazione

La navigazione è un campo di studio che si concentra sul processo di monitoraggio e controllo del movimento di un veicolo o veicolo da un luogo all’altro. Il campo di navigazione comprende quattro categorie generali: la navigazione terrestre, la navigazione marittima, la navigazione aeronautica e la navigazione spaziale.

È anche il termine dell’arte utilizzato per le conoscenze specialistiche utilizzate dai navigatori per eseguire attività di navigazione. Tutte le tecniche di navigazione prevedono l’individuazione della posizione del navigatore rispetto alle posizioni o ai modelli noti.

La navigazione, in un senso più ampio, può riferirsi a qualsiasi abilità o studio che implica la determinazione della posizione e della direzione. In questo senso, la navigazione include l’orientamento e la navigazione pedonale.

Navigazione semplice
La navigazione ha le sue origini nella preistoria. I polinesiani praticavano la cosiddetta navigazione polinesiana nell’Oceano Pacifico. I polinesiani usavano cose diverse che erano intorno a loro per trovare la loro strada attraverso vaste aree di mare aperto. Altre persone dell’antichità hanno anche imparato a viaggiare a grandi distanze usando riferimenti dal mondo naturale. Per esempio:

Molto tempo fa (e ancora oggi) la gente guardava le stelle, il sole e la luna. Da qui avrebbero saputo dove si trovava il nord. Con la grafica riuscivano a trovare quanto fossero lontani dall’equatore. Questo è chiamato la navigazione celeste. Fino a quando non avevano orologi precisi non conoscevano la loro lunghezza (quanto erano est o ovest) senza vedere i punti di riferimento.

Alcuni tipi di nuvole si formano sulla terra e le onde possono rimbalzare su una spiaggia e viaggiare verso il mare.
Il tempo necessario per raggiungere un posto. Quando viaggiavano via terra sapevano che sarebbero stati necessari, ad esempio, due giorni per andare da un posto all’altro. Questa volta è probabile che rimanga lo stesso. Da qui potevano viaggiare per due giorni e sapere che erano vicini a dove volevano essere.
Anche gli animali trovati hanno aiutato. In diversi luoghi le persone avrebbero trovato diversi tipi di pesci, balene o uccelli che vivevano solo in un posto o vicino alla terra. Da lì potevano dire che erano vicini o lontani da dove dovevano essere.

Un esempio di persone che usavano le stelle erano i vichinghi. Sapevano che la stella chiamata Polaris (la stella polare) non cambia la sua posizione e punta a nord. Quindi conoscono la latitudine (distanza dall’equatore), misurando l’angolo tra Polaris e l’orizzonte. Hanno anche usato animali, soprattutto uccelli, per sapere se c’era terra nelle vicinanze. Sapevano anche che un tipo specifico di nubi si forma vicino alla terra e che le onde sono diverse vicino al suolo piuttosto che in alto mare.

Navigazione medievale
Con il passare del tempo hanno continuato a inventare o scoprire metodi di navigazione migliori. Alcuni di questi metodi sono:

Dead of auction. Una nave potrebbe gettare un log fuori bordo. Sul tronco c’era una corda con nodi legati a distanze regolari. Nel contare quanti nodi passavano attraverso il lato prima di rimettere il tronco, sapevano quanto velocemente stavano andando. Hanno scritto questo ogni giorno e hanno scoperto quanto viaggiavano per quel giorno. Questo è il motivo per cui la velocità di una nave viene misurata in nodi.

Una bussola . Si scoprì che la Terra aveva due poli (nord e sud) e che questi poli avevano diverse cariche magnetiche (positive e negative). Appoggiando una striscia di ferro magnetico sulla punta del perno si scoprì che la striscia ruotava fino a quando non coincideva con il campo magnetico della Terra. Da qui puoi prendere un indirizzo e seguire i percorsi. La bussola è stata inventata per la prima volta in Cina. Più tardi fu inventato in Francia nel 12 ° secolo.

Orologi precisi. Con un orologio, finalmente era possibile sapere qual era la lunghezza di una persona. La lunghezza è la posizione est o ovest. Prima di questo, potevano essere usati solo i punti di riferimento e i calcoli morti.

Il pilotaggio è quando le barche cercano speciali fari o segnalini fatti dall’uomo, che indicano dove sono o che sono attenti a certi ostacoli come le barriere coralline.
Le persone hanno diviso la bussola a 360 gradi. Quindi potevano fornire un numero esatto dell’indirizzo che la nave doveva seguire (il “corso”) per raggiungere un porto. Le prime carte nautiche di navigazione, chiamate “carte nautiche”, mostravano l’orientamento necessario per passare da una porta all’altra.

Concetti basilari

Latitudine
Approssimativamente, la latitudine di un luogo sulla Terra è la sua distanza angolare nord o sud dell’equatore. La latitudine è solitamente espressa in gradi (contrassegnati da °) che vanno da 0 ° all’Equatore a 90 ° ai poli Nord e Sud. La latitudine del Polo Nord è di 90 ° N, e la latitudine del Polo Sud è di 90 °. La latitudine calcolata dai Mariners nell’emisfero settentrionale avvistando la Stella polare nord con un sestante e utilizzando i tavoli di riduzione della vista per correggere l’altezza dell’occhio e rifrazione atmosferica. L’altezza di Polaris in gradi sopra l’orizzonte è la latitudine dell’osservatore, entro un grado circa.

Longitudine
Simile alla latitudine, la longitudine di un luogo sulla Terra è la distanza angolare est o ovest del primo meridiano o meridiano di Greenwich. La longitudine è solitamente espressa in gradi (contrassegnati da °) che vanno da 0 ° al meridiano di Greenwich a 180 ° est e ovest. Sydney, per esempio, ha una longitudine di circa 151 ° est. New York City ha una longitudine di 74 ° ovest. Per gran parte della storia, i marinai hanno faticato a determinare la longitudine. La longitudine può essere calcolata se è noto il tempo preciso di avvistamento. In mancanza di ciò, si può usare un sestante per prendere una distanza lunare (anche chiamata osservazione lunare, o “lunare” in breve) che, con un almanacco nautico, può essere usato per calcolare il tempo a longitudine zero (vedi Tempo medio di Greenwich) . Affidabili cronometri marini non erano disponibili fino alla fine del XVIII secolo e non erano accessibili fino al 19 ° secolo. Per circa cento anni, dal 1767 circa fino al 1850 circa, i marinai privi di cronometro usarono il metodo delle distanze lunari per determinare il tempo di Greenwich per trovare la loro longitudine. Un marinaio con un cronometro poteva controllarne la lettura usando una determinazione lunare del tempo di Greenwich.

Loxodrome
In navigazione, una lossodromia (o loxodrome) è una linea che attraversa tutti i meridiani di longitudine con lo stesso angolo, cioè un percorso derivato da un rilevamento iniziale definito. Cioè, dopo aver preso un rilevamento iniziale, si procede lungo lo stesso rilevamento, senza cambiare la direzione misurata rispetto al nord vero o magnetico.

Tecnica moderna
La maggior parte della moderna navigazione si basa principalmente su posizioni determinate elettronicamente dai ricevitori che raccolgono informazioni dai satelliti. La maggior parte delle altre tecniche moderne si basa sull’incrocio di linee di posizione o LOP. Una linea di posizione può riferirsi a due cose diverse, una linea su un grafico o una linea tra l’osservatore e un oggetto nella vita reale. Un rilevamento è una misura della direzione di un oggetto. Se il navigatore misura la direzione nella vita reale, l’angolo può essere disegnato su una carta nautica e il navigatore si troverà su quella linea sulla carta.

Oltre ai cuscinetti, i navigatori spesso misurano anche le distanze dagli oggetti. Sul grafico, una distanza produce un cerchio o un arco di posizione. I cerchi, gli archi e le iperbole delle posizioni sono spesso indicati come linee di posizione.

Se il navigatore disegna due linee di posizione e si intersecano, deve trovarsi in quella posizione. Una correzione è l’intersezione di due o più LOP.

Se è disponibile una sola riga di posizione, questa può essere valutata in base alla posizione di stimolazione per stabilire una posizione stimata.

Linee (o cerchi) di posizione possono essere derivate da una varietà di fonti:

osservazione celeste (un breve segmento del cerchio di uguale altitudine, ma generalmente rappresentato come una linea),
gamma terrestre (naturale o artificiale) quando si osservano due punti tracciati allineati l’uno con l’altro,
bussola che regge su un oggetto con mappatura,
portata del radar a un oggetto con grafico,
su alcune linee di costa, una profondità che viene emessa dall’ecoscandaglio o dalla linea principale della mano.
Oggi ci sono alcuni metodi usati raramente come “immergere una luce” per calcolare l’intervallo geografico dall’osservatore al faro

Metodi di base
La maggior parte dei metodi di navigazione proviene dalla nautica, quindi la posizione e il controllo delle navi. Gli strumenti classici di localizzazione sono di natura geometrica (misurazione dell’angolo e misurazione della direzione), nonché la determinazione della velocità e delle distanze. Sono stati usati per secoli nei seguenti gruppi di metodi:

Navigazione visiva: orientarsi intorno alla costa sulla base della memoria e di semplici carte costiere o nautiche (“Portolane”)
navigazione terrestre: la posizione vicino alla costa in base a punti di riferimento (punti notevoli a terra) e fari sparsi. È incluso anche il sondaggio (determinazione della profondità del fairway). Questi metodi collaudati sono ora completati da ingressi per porti densi, vari segnali di navigazione e radiofari.
Dead Reckoning (Engl. Dead Reckoning): la determinazione della posizione corrente di prezzo e velocità. Il percorso può essere determinato con il sole, le stelle e (dal Medioevo) con la bussola, la corsa per stima o con il log del relè. La voce nel registro è stata completata a questo giorno aggiungendo graficamente il modo in cui i pezzi nella carta nautica. La posizione così determinata viene chiamata “gegisster” o luogo di accoppiamento ed è – a seconda delle condizioni meteorologiche – una precisione del pochi percento.
Se possibile, la deriva del vento viene presa in considerazione nell’accoppiamento; Strumenti moderni come il calcolatore di rotta (per il triangolo del vento, il faro, ecc.) E il radar Doppler aumentano la precisione fino a circa lo 0,5% della distanza e di nuovo la navigazione inerziale.
Navigazione astronomica: la posizione per misura dell’elevazione al sole, stelle di navigazione o pianeti. Completa i tre metodi sopra indicati sulle rotte a lungo raggio. La precisione raggiungibile è di circa 20 km con Jakobsstab, con moderni sestanti 1-2 km.
Questi metodi, che sono stati testati e testati per secoli, furono usati per la prima volta nella navigazione radio nel 1899 e nella navigazione satellitare nel 1964 (vedere il prossimo capitolo).
La navigazione polinesiana in gran parte persa si basava tra l’altro su un percorso stellare e sulla navigazione Zenit. Insieme all’osservazione delle onde, del vento, degli animali e delle nuvole, i polinesiani furono in grado di trovare atolli anche distanti e poco profondi.

Navigazione a lunga distanza
Come una navigazione a lungo raggio (inglese: Long-Range Navigation – LRN) è chiamato in nautica e aviazione (volo a lungo raggio) il necessario su rotte di circa 100 km metodi di localizzazione e il controllo del veicolo.

I metodi speciali di navigazione a lungo raggio ora sono passati in secondo piano, ma sono ancora necessari per la navigazione ridondante e indipendente dal GPS a causa della preponderanza delle tecniche satellitari GNSS come GPS e GLONASS. Fino al 1995 circa, si potrebbe dire che la nautica richiede una navigazione a lunga distanza ogni volta che la navigazione terrestre (nel più ampio campo visivo di una costa o di isole) non è più sufficiente e l’obiettivo deve essere guidato più precisamente di circa 50 km.

astronavigation
Il mezzo di navigazione celeste delle misure del tempo e dell’angolo per il sole e le stelle luminose è il metodo classico, dal momento che i viaggi dei polinesiani e di altri popoli del mare hanno sperimentato tutti i navigatori – ascoltati – e fino ad oggi per la formazione. Fino al 1970 circa era la base della navigazione a lunga distanza sull’intero emisfero australe, ma veniva utilizzato anche nei paesi del nord per circa il 10-20% di tutte le determinazioni locali. A partire dagli anni ’70, è stato sempre più spostato dalle tecnologie radio e satellitari nel sud (vedi sotto), ma è ancora necessario oggi per le piccole navi e per le emergenze (interruzione di corrente, ecc.).

Navigazione radio
Nella radio-navigazione sono importanti

il LORAN (Long Range Navigation) da menzionare (accanto al più vecchio LORAN-A (onda media), in particolare Loran-C (su un tempo di transito MISURATO iperbolico con onda lunga)). Anche se spesso soffre di scarsa copertura nelle regioni remote, è diventato di nuovo significativo attraverso la modernizzazione tecnica e l’elaborazione del segnale nell’ultimo decennio. Il piano federale di radionavigazione del 1994 e l’UE avevano già preso in considerazione l’eliminazione progressiva del LORAN, ma la sua importanza come riserva a sua volta e in caso di guasti GPS o Galileo è stata riconosciuta in tempo utile.
Tra il 1975 e il 1995, ci fu anche il sistema globale OMEGA, che arrivò con l’uso di onde longitudinali con soli 8 trasmettitori, ma il loro funzionamento era troppo costoso nonostante la cooperazione internazionale e non era necessario dal GPS emergente.
Altre – più regionali – procedure come l’Alfa russa (un equivalente LORAN), la Decca britannica, la NavaRho costruita dopo la seconda guerra mondiale e altre ancora.

Navigazione satellitare
A partire dal 1960 circa, il sistema Transit NNSS della US Navy (5-6 satelliti di navigazione in orbita polare), che è stato rilasciato nel 1963/1964 per tutti gli usi civili ed era disponibile fino alla fine degli anni ’90,
e dal 1990 circa, il Global Positioning System (GPS) del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. La sua versione civile (codice CA), che è stata in uso sin dall’inizio, è sufficiente per il 99% delle attività di posizionamento a lungo raggio. Il numero di satelliti (20.200 km di altezza) è passato da 5-10 a circa 30 nel tempo e fornisce copertura in tutto il mondo con 5-8 satelliti misurabili simultaneamente (4 sono necessari).
Inoltre, l’ancora sviluppato dall’Unione Sovietica GLONASS (sistema satellitare analogico russo / simile GLObal NAvigation), che è simile al GPS
e dal 2012-2015, il sistema europeo Galileo, che migliora significativamente e amplia l’uso della metodologia GPS.

Procedure speciali
Ultimo ma non meno importante per compiti speciali su procedure speciali a lungo raggio z. Come menzionare la navigazione meteorologica, il magnetismo, la navigazione polare o la misura della profondità (ecoscandaglio, ecc.). Nell’antichità e agli inizi del grande “periodo di scoperta” (secoli XIV-XVI), anche il metodo dei parallassi lunari e l’osservazione di fenomeni naturali come il volo degli uccelli, l’erba, il deadwood, l’alga marina ecc. Erano importanti. Utili anche per navigare attraverso l’Atlantico o il Pacifico erano ben note correnti oceaniche o sistemi eolici (Passat!)

Controlli di navigazione mentale
Con i controlli di navigazione mentale, un pilota o un navigatore stima tracce, distanze e altitudini che aiuteranno il pilota a evitare errori di navigazione grossolani.

pilotaggio
Il pilotaggio (chiamato anche pilotaggio) comporta la navigazione di un aereo mediante riferimenti visivi a punti di riferimento, o una nave d’acqua in acque ristrette e fissando la sua posizione il più precisamente possibile a intervalli frequenti. Più che in altre fasi della navigazione, sono importanti la preparazione adeguata e l’attenzione ai dettagli. Le procedure variano da nave a nave e tra navi militari, commerciali e private.

Navigazione celeste
I sistemi di navigazione celesti si basano sull’osservazione delle posizioni del Sole, della Luna, dei Pianeti e delle stelle di navigazione. Tali sistemi sono in uso anche per la navigazione terrestre come per la navigazione interstellare. Sapendo quale punto sulla terra rotante un oggetto celeste è sopra e misurando la sua altezza sopra l’orizzonte dell’osservatore, il navigatore può determinare la sua distanza da tale punto. Un almanacco nautico e un cronometro marino sono usati per calcolare il sottotesto sulla terra in cui un corpo celeste è finito e un sestante viene usato per misurare l’altezza angolare del corpo sopra l’orizzonte. Quella altezza può quindi essere utilizzata per calcolare la distanza dal sottotesto per creare una linea circolare di posizione. Un navigatore spara un numero di stelle in successione per dare una serie di linee sovrapposte di posizione. Dove si intersecano è la correzione celeste. Possono essere usati anche la luna e il sole. Il sole può anche essere usato da solo per sparare una successione di linee di posizione (meglio fatte intorno al mezzogiorno locale) per determinare una posizione.

Cronometro marino
Per misurare con precisione la longitudine, è necessario registrare il tempo preciso di avvistamento di un sestante (fino al secondo, se possibile). Ogni secondo di errore equivale a 15 secondi di errore di longitudine, che all’equatore è un errore di posizione di 0,25 di un miglio nautico, circa il limite di precisione della navigazione celeste manuale.

Il cronometro marino a molla è un orologio di precisione usato a bordo per fornire un tempo preciso per le osservazioni celesti. Un cronometro differisce da un orologio a molla principalmente in quanto contiene un dispositivo a leva variabile per mantenere una pressione uniforme sulla molla principale e una bilancia speciale progettata per compensare le variazioni di temperatura.

Un cronometro azionato a molla viene impostato approssimativamente sul tempo medio di Greenwich (GMT) e non viene ripristinato finché lo strumento non viene revisionato e pulito, di solito a intervalli di tre anni. La differenza tra GMT e cronometro è attentamente determinata e applicata come correzione a tutte le letture del cronometro. I cronometri a molla devono essere avvolti all’incirca alla stessa ora ogni giorno.

I cronometri marini in cristallo di quarzo hanno sostituito i cronometri azionati a molla a bordo di molte navi grazie alla loro maggiore precisione. Sono mantenuti su GMT direttamente dai segnali orari radio. Ciò elimina l’errore del cronometro e controlla le correzioni degli errori. Se la lancetta dei secondi è in errore di una quantità leggibile, può essere ripristinata elettricamente.

L’elemento base per la generazione del tempo è un oscillatore al quarzo. Il cristallo di quarzo è compensato in temperatura ed è ermeticamente sigillato in una busta evacuata. Viene fornita una capacità di regolazione calibrata per regolare l’invecchiamento del cristallo.

Il cronometro è progettato per funzionare per un minimo di 1 anno su un singolo set di batterie. Le osservazioni possono essere cronometrate e gli orologi della nave impostati con un orologio comparativo, che viene impostato sul cronometro e portato sull’ala del ponte per registrare i tempi di osservazione. In pratica, un orologio da polso coordinato al secondo più vicino con il cronometro sarà adeguato.

Un cronometro, sia a molla che digitale, può essere utilizzato anche per osservazioni celesti. In questo caso, l’orologio viene avviato da un cronometro GMT noto e il tempo trascorso di ciascuna vista si aggiunge a questo per ottenere il GMT della vista.

Tutti i cronometri e gli orologi devono essere controllati regolarmente con un segnale orario radio. I tempi e le frequenze dei segnali radio temporali sono elencati in pubblicazioni come Radio Navigation Aids.

Il sestante marino
La seconda componente critica della navigazione celeste è misurare l’angolo formato dall’occhio dell’osservatore tra il corpo celeste e l’orizzonte sensibile. Il sestante, uno strumento ottico, viene utilizzato per eseguire questa funzione. Il sestante consiste di due gruppi principali. Il telaio è una struttura triangolare rigida con un perno nella parte superiore e un segmento graduato di un cerchio, indicato come “arco”, nella parte inferiore. Il secondo componente è il braccio dell’indice, che è collegato al pivot nella parte superiore del fotogramma. In fondo c’è un vernier senza fine che si incastra nei denti sul fondo dell ‘”arco”. Il sistema ottico è costituito da due specchi e, generalmente, un telescopio a bassa potenza. Un mirror, denominato “index mirror” è fissato alla parte superiore del braccio dell’indice, sopra il pivot. Quando il braccio indice viene spostato, questo specchio ruota e la scala graduata sull’arco indica l’angolo misurato (“altitudine”).

Il secondo specchio, denominato “vetro dell’orizzonte”, è fissato sul lato anteriore del telaio. Una metà del vetro dell’orizzonte è argentata e l’altra metà è trasparente. La luce del corpo celeste colpisce lo specchio dell’indice e si riflette sulla porzione argentata del vetro dell’orizzonte, quindi torna all’occhio dell’osservatore attraverso il telescopio. L’osservatore manipola il braccio dell’indice in modo che l’immagine riflessa del corpo nel vetro dell’orizzonte si appoggi sull’orizzonte visivo, visibile attraverso il lato chiaro del vetro dell’orizzonte.

La regolazione del sestante consiste nel controllare e allineare tutti gli elementi ottici per eliminare la “correzione dell’indice”. La correzione dell’indice deve essere controllata, usando l’orizzonte o più preferibilmente una stella, ogni volta che viene usato il sestante. La pratica di prendere le osservazioni celesti dal ponte di una nave che rotola, spesso attraverso la copertura nuvolosa e con un orizzonte nebuloso, è di gran lunga la parte più difficile della navigazione celeste.

Navigazione inerziale
Il sistema di navigazione inerziale è un tipo di sistema di navigazione a tempo morto che calcola la sua posizione sulla base di sensori di movimento. Una volta stabilita la latitudine e la longitudine iniziali, il sistema riceve impulsi dai rilevatori di movimento che misurano l’accelerazione lungo tre o più assi che consentono di calcolare in modo continuo e accurato la latitudine e la longitudine correnti. I suoi vantaggi rispetto ad altri sistemi di navigazione sono che, una volta impostata la posizione iniziale, non richiede informazioni esterne, non è influenzata da condizioni meteorologiche avverse e non può essere rilevata o bloccata. Il suo svantaggio è che poiché la posizione corrente è calcolata esclusivamente da posizioni precedenti, i suoi errori sono cumulativi, aumentando ad un ritmo approssimativamente proporzionale al tempo trascorso dall’introduzione della posizione iniziale. Pertanto, i sistemi di navigazione inerziale devono essere corretti frequentemente con una posizione “corretta” da un altro tipo di sistema di navigazione. La Marina degli Stati Uniti ha sviluppato un sistema di navigazione inerziale delle navi (SINS) durante il programma missilistico Polaris per garantire un sistema di navigazione sicuro, affidabile e accurato per i suoi sottomarini lanciamissili. I sistemi di navigazione inerziale sono stati ampiamente utilizzati fino a quando non sono disponibili i sistemi di navigazione satellitare (GPS). I sistemi di navigazione inerziale sono ancora in uso comune sui sottomarini, poiché la ricezione GPS o altre fonti di correzione non sono possibili durante l’immersione.

Navigazione elettronica

Navigazione radio
Un cercatore di direzione radio o RDF è un dispositivo per trovare la direzione di una sorgente radio. A causa della capacità della radio di percorrere distanze molto lunghe “oltre l’orizzonte”, costituisce un sistema di navigazione particolarmente valido per navi e aerei che potrebbero volare a distanza dalla terra.

Gli RDF funzionano ruotando un’antenna direzionale e ascoltando la direzione in cui il segnale proveniente da una stazione nota arriva più forte. Questo tipo di sistema era ampiamente utilizzato negli anni ’30 e ’40. Le antenne RDF sono facili da individuare sugli aerei tedeschi della Seconda Guerra Mondiale, come anelli sotto la sezione posteriore della fusoliera, mentre la maggior parte degli aerei statunitensi racchiudevano l’antenna in una piccola carenatura a forma di lacrima.

Nelle applicazioni di navigazione, i segnali RDF sono forniti sotto forma di radiofari, la versione radio di un faro. Il segnale è tipicamente una semplice trasmissione AM di una serie di lettere in codice morse, che l’RDF può sintonizzare per vedere se il beacon è “in onda”. La maggior parte dei rilevatori moderni può anche sintonizzarsi su qualsiasi stazione radio commerciale, che è particolarmente utile a causa della loro elevata potenza e posizione vicino alle principali città.

Decca, OMEGA e LORAN-C sono tre sistemi di navigazione iperbolici simili. Decca era un sistema di navigazione radio iperbolica a bassa frequenza (noto anche come multilaterazione) che fu utilizzato per la prima volta durante la seconda guerra mondiale quando le forze alleate avevano bisogno di un sistema che potesse essere utilizzato per raggiungere atterraggi accurati. Come nel caso di Loran C, il suo uso principale era per la navigazione navale nelle acque costiere. I pescherecci erano grandi utilizzatori del dopoguerra, ma erano anche utilizzati su aeromobili, compresa una primissima (1949) applicazione di display a mappa mobile. Il sistema è stato installato nel Mare del Nord ed è stato utilizzato da elicotteri che operano su piattaforme petrolifere.

Il sistema di navigazione OMEGA è stato il primo vero sistema di navigazione radio globale per aeromobili, gestito dagli Stati Uniti in collaborazione con sei nazioni partner. OMEGA è stato sviluppato dalla Marina degli Stati Uniti per gli utenti dell’aviazione militare. È stato approvato per lo sviluppo nel 1968 e ha promesso una vera capacità di copertura oceanica a livello mondiale con solo otto trasmettitori e la capacità di ottenere una precisione di quattro miglia (6 km) durante il fissaggio di una posizione. Inizialmente, il sistema doveva essere utilizzato per la navigazione di bombardieri nucleari attraverso il Polo Nord in Russia. Più tardi, è stato trovato utile per i sottomarini. A causa del successo del Global Positioning System, l’uso di Omega è diminuito negli anni ’90, fino al punto in cui il costo di gestione di Omega non poteva più essere giustificato. Omega fu chiuso il 30 settembre 1997 e tutte le stazioni cessarono di funzionare.

LORAN è un sistema di navigazione terrestre che utilizza trasmettitori radio a bassa frequenza che utilizzano l’intervallo di tempo tra i segnali radio ricevuti da tre o più stazioni per determinare la posizione di una nave o di un aeromobile. L’attuale versione di LORAN in uso comune è LORAN-C, che opera nella porzione a bassa frequenza dello spettro EM da 90 a 110 kHz. Molte nazioni sono utenti del sistema, compresi gli Stati Uniti, il Giappone e diversi paesi europei. La Russia usa un sistema quasi esatto nella stessa gamma di frequenze, chiamato CHAYKA. L’uso di LORAN è in forte declino, con il GPS come principale sostituto. Tuttavia, ci sono tentativi di migliorare e ri-popolare LORAN. I segnali LORAN sono meno suscettibili alle interferenze e possono penetrare meglio nel fogliame e negli edifici rispetto ai segnali GPS.

Navigazione radar
Quando una nave si trova all’interno di un raggio radar o di un radar speciale per la navigazione, il navigatore può prendere distanze e cuscinetti angolari per oggetti tracciati e usarli per stabilire archi di posizione e linee di posizione su un grafico. Una correzione costituita da sole informazioni radar è chiamata correzione radar.

I tipi di correzioni radar includono “portata e rilevamento di un singolo oggetto”, “due o più cuscinetti”, “cuscinetti tangenti” e “due o più intervalli”.

L’indicizzazione parallela è una tecnica definita da William Burger nel libro The Radar Observer’s Handbook del 1957. Questa tecnica comporta la creazione di una linea sullo schermo parallela alla rotta della nave, ma spostata a sinistra oa destra di una certa distanza. Questa linea parallela consente al navigatore di mantenere una certa distanza dai pericoli.

Alcune tecniche sono state sviluppate per situazioni speciali. Uno, noto come “metodo di contorno”, consiste nel contrassegnare una maschera di plastica trasparente sullo schermo radar e spostarla sul grafico per fissare una posizione.

Un’altra tecnica speciale, nota come tecnica del diagramma di radar continuo Franklin, consiste nel disegnare il percorso che un oggetto radar dovrebbe seguire sul display del radar se la nave rimane sulla rotta pianificata. Durante il transito, il navigatore può verificare che la nave sia in pista controllando che il pip si trovi sulla linea tracciata.

Navigazione satellitare
Global Navigation Satellite System o GNSS è il termine per i sistemi di navigazione satellitare che forniscono il posizionamento con copertura globale. Un GNSS consente a piccoli ricevitori elettronici di determinare la loro posizione (longitudine, latitudine e altitudine) a pochi metri utilizzando i segnali del tempo trasmessi lungo una linea di vista via radio dai satelliti. I ricevitori a terra con una posizione fissa possono anche essere utilizzati per calcolare il tempo preciso come riferimento per esperimenti scientifici.

A partire da ottobre 2011, solo il NAVSTAR Global Positioning System (GPS) degli Stati Uniti e il GLONASS russo sono GNSS operativi a livello globale. Il sistema di posizionamento Galileo dell’Unione europea è un GNSS di prossima generazione nella fase iniziale di spiegamento, programmata per essere operativa entro il 2013. La Cina ha indicato che potrebbe espandere il sistema di navigazione Beidou a livello regionale in un sistema globale.

Più di due dozzine di satelliti GPS sono in orbita terrestre media, trasmettendo segnali che consentono ai ricevitori GPS di determinare la posizione, la velocità e la direzione del ricevitore.

Da quando il primo satellite sperimentale è stato lanciato nel 1978, il GPS è diventato un aiuto indispensabile per la navigazione in tutto il mondo e uno strumento importante per la creazione di mappe e il rilevamento del territorio. Il GPS fornisce anche un riferimento temporale preciso utilizzato in molte applicazioni, tra cui lo studio scientifico dei terremoti e la sincronizzazione delle reti di telecomunicazioni.

Sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, il GPS è ufficialmente denominato NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System). La costellazione satellitare è gestita dalla 50th Space Wing degli Air Force degli Stati Uniti. Il costo del mantenimento del sistema è di circa 750 milioni di dollari all’anno, compresa la sostituzione dei satelliti obsoleti e la ricerca e lo sviluppo. Nonostante ciò, il GPS è gratuito per uso civile come bene pubblico.

Gli smartphone moderni fungono da navigatori GPS personali per i civili che li possiedono. In genere viene fornita anche una bussola per determinare la direzione quando non si muove.

Processi di navigazione

Navi e navi simili

Il lavoro diurno nella navigazione
Il lavoro del giorno nella navigazione è un insieme minimo di attività coerenti con una navigazione prudente. La definizione varierà su navi militari e civili, e da nave a nave, ma assume una forma che ricorda:

Mantenere una trama di conti morti continua.
Prendi due o più osservazioni stellari al crepuscolo del mattino per una correzione celestiale (prudente osservare 6 stelle).
Osservazione del sole del mattino Può essere assunto o vicino alla verticale principale per la longitudine o in qualsiasi momento per una linea di posizione.
Determina l’errore della bussola osservando l’azimut del sole.
Calcolo dell’intervallo a mezzogiorno, tempo di visualizzazione del mezzogiorno apparente locale e costanti per punti panoramici meridiani o ex meridiani.
Mezzogiorno di mezzogiorno o osservazione meridiana del sole per mezzogiorno di mezzogiorno. Correggere o incrociare con la linea Venus per risolvere il mezzogiorno.
Determinazione del mezzogiorno della corsa del giorno e del set e della deriva del giorno.
Almeno una linea di sole pomeridiana, nel caso in cui le stelle non siano visibili al crepuscolo.
Determina l’errore della bussola osservando l’azimut del sole.
Prendi due o più osservazioni stellari al crepuscolo serale per una correzione celestiale (prudente osservare 6 stelle).

Pianificazione del passaggio
Pianificazione del passaggio o pianificazione del viaggio è una procedura per sviluppare una descrizione completa del viaggio della nave dall’inizio alla fine. Il piano include l’uscita dal porto e dalla zona del porto, la parte di rotta di un viaggio, che si avvicina alla destinazione e l’ormeggio. Secondo la legge internazionale, il capitano di una nave è legalmente responsabile della pianificazione del passaggio, tuttavia su navi più grandi, il compito sarà delegato al navigatore della nave.

Gli studi dimostrano che l’errore umano è un fattore nell’80 percento degli incidenti di navigazione e che in molti casi l’umano che ha commesso l’errore ha avuto accesso a informazioni che avrebbero potuto prevenire l’incidente. La pratica della pianificazione del viaggio si è evoluta dalle linee a matita sulle carte nautiche a un processo di gestione del rischio.

La pianificazione del passaggio consiste in quattro fasi: valutazione, pianificazione, esecuzione e monitoraggio, che sono specificate nella risoluzione A.893 (21) dell’Organizzazione marittima internazionale, Linee guida per la pianificazione del viaggio, e queste linee guida si riflettono nelle leggi locali dei paesi firmatari dell’IMO ( per esempio, il Titolo 33 del Codice dei regolamenti federali degli Stati Uniti) e un certo numero di libri o pubblicazioni professionali. Ci sono una cinquantina di elementi di un piano di passaggio completo in base alle dimensioni e al tipo di nave.
La fase di valutazione riguarda la raccolta di informazioni rilevanti per il viaggio proposto, nonché l’accertamento dei rischi e la valutazione delle caratteristiche principali del viaggio. Ciò comporterà la considerazione del tipo di navigazione richiesta, ad es. Navigazione sul ghiaccio, la regione in cui passerà la nave e le informazioni idrografiche sulla rotta. Nella fase successiva, viene creato il piano scritto. The third stage is the execution of the finalised voyage plan, taking into account any special circumstances which may arise such as changes in the weather, which may require the plan to be reviewed or altered. The final stage of passage planning consists of monitoring the vessel’s progress in relation to the plan and responding to deviations and unforeseen circumstances.

Land navigation
Navigation for cars and other land-based travel typically uses maps, landmarks, and in recent times computer navigation (“satnav”, short for satellite navigation), as well as any means available on water.

Computerized navigation commonly relies on GPS for current location information, a navigational map database of roads and navigable routes, and uses algorithms related to the shortest path problem to identify optimal routes.

Integrated bridge systems
Electronic integrated bridge concepts are driving future navigation system planning. Integrated systems take inputs from various ship sensors, electronically display positioning information, and provide control signals required to maintain a vessel on a preset course. The navigator becomes a system manager, choosing system presets, interpreting system output, and monitoring vessel response.