Cartilla Instrumental Navegacion 2006 General

8/13/2019 Cartilla Instrumental Navegacion 2006 General

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2006

APUNTES DE INSTRUMENTAL DE

NAVEGACION

CN Sr. Roberto LENIZ Drpela


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c

INTRODUCCIN

Estos apuntes de Instrumental del Navegacin, contiene aspectos generales orientadosprincipalmente a la descripcin y al funcionamiento conceptual de la corredera, anemmetro,ecosonda , GPS, girocomps y radar, conceptos que sern de gran utilidad para comprender losmanuales tcnicos que tratan en detalle estas materias, es decir en ningn caso pretendereemplazar a los manuales o publicaciones que tratan sobre la materia.

Valparaso, Agosto de 2006.

Roberto LENIZ [email protected]


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a

C O N T E N I D O

Introduccin.

Capitulo Ecosonda ................................................................ 1 / 9

Capitulo Corredera ............................................................... 1 / 15Capitulo Anemmetro ........................................................... 1 / 2

Capitulo GPS ........................................................................ 1 / 6

Capitulo Radar de Navegacin ............................................ 1 / 16

Capitulo Teora del Girocomps ........................................... 1 / 12


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Equipos de Navegacin Ecosonda - 1Roberto Lniz Drpela

ECOSONDA

Ref.:a.- Admiralty Manual of Navigation BRd 45 (3) Navigation Systems, Equipment & Instruments.

(1966)b.- The Mariners Handbook , NP 100, 1999.

El presente captulo tiene el propsito de describir los principios generales de un ecosond a,sus pruebas, las precaucin en su operacin, etc. No pretende agotar el tema, sin embargo seentregan las herramientas fundamentales para operar cualquier equipo de estos.

A.- Concepto del ecosonda El Ecosonda es utilizado para medir profundidad en el mar, siendo fundamental que toda

nave, no importando sus caractersticas, cuenten con uno de estos equipos para medir pr o-fundidad, de tal manera de contribuir significativamente a la seguridad de la navegacin.

B.- Principios GeneralesUn pulso de sonido es transmitido desde un transductor

1, ubicado bajo el casco del buque,

en direccin vertical hacia el fondo. Al alcanzar el fondo, una parte del pulso rebota y es refle-jado hacia el buque, que al llegar a ste puede ser mostrado grficamente sobre un registra-dor de papel, como en la Fig 1 . Una aguja rotativa, llamada estilo, marca el momento detransmisin del pulso del transductor.

El pulso que regresa tambin puede ser mostrado en forma alfanumrica en un registradordigital como la profundidad.

La profundidad del agua puede se calculada mediante la siguiente frmula:

2

tcd

=

c: Velocidad de sonido en el agua, (aproximadamente 1.500 m/s o 4.920 pies/s).t: Intervalo de tiempo entre la transmisin y la recepcin.d: Profundidad del agua.

El intervalo entre el pulso transmitido y el recibido puede ser mostrado sobre un inscriptorde profundidad. Es importante comprender que una ecosonda no mide la profundidad direc-tamente, slo el intervalo de tiempo entre la transmisin y la recepcin del pulso de sonido.Por lo tanto si la frmula usada para determinar la velocidad de sonido es incorrecta o el inter-valo de tiempo es inexacto, entonces la profundidad del agua registrada tambin ser inc o-rrecta.

La velocidad de sonido en el agua de mar vara con la temperatura, la presin (la profundi-dad) y la salinidad, es por lo general entre 1.445 y 1.535 metros por segundo. La velocidad delestilo en el inscriptor debera ser proporcional a esta velocidad.

Si la velocidad de sonido es ms alta que la velocidad de inscriptor, la profundidad regis-trada ser demasiado pequea; y viceversa. Cuando se asume que la velocidad de sonido es1500 m/s la profundidad registrada debera estar dentro del 4 % de la profundidad verdadera,

1Transductor: Dispositivo que transforma el efecto de una causa fsica, como la presin, la tempe-ratura, la dilatacin, la humedad, etc., en otro tipo de seal, normalmente elctrica.


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an en condiciones extremas. Las profundidades pueden ser corregidas por velocidad del so-nido, pero esto no es normalmente necesario. Durante los sondajes Hidrogrficos, es decir dealta precisin, debe de ser corregida esta variable.

C.- Seales de Transmisin.Si el pulso transmitido por el transductor es recibido casi instantneamente por el transduc-

tor de recepcin y es mostrado sobre el registrador como una lnea continua. Por el contrario,si la seal transmitida es recibida posteriormente, debido al tiempo que se demora en el rebo-te desde el fondo, en el registrador se mostrar con una lnea debajo de la lnea de transmi-sin. Se debe tener en cuanta, que la profundidad registrada por el ecosonda es bajo la quilla,por lo cual la profundidad real medida ser la del ecosonda mas el calado.

Los buques de guerra tienen pocas variaciones de calado, por lo que se puede ajustardirectamente la distancia entre la lnea de flotacin y la posicin vertical del transductor, objetoque la lectura sea realmente la profundidad en el lugar. Sin embargo, los submarinos, petrole-ros, portacontenedores o en general los buques mercantes, operan en todas partes del mun-do en reas donde las cartas no son suficientemente confiables en lo relativo a los sondajes y

por otro lado se les producen importantes variaciones en los calados, en este caso es pruden-te poner la seal de transmisin en cero y registrar profundidades debajo de los transducto-res, es decir el ecosonda indicara cantidad de agua bajo la quilla ..

Fig. 1: Tpico registro de ecosonda

Escala 3 Escala 2Rango 0-20 m.Escala 3

Marca dechequeo

Intervalode un minuto

Movimientodel papel

MarcaInstante detransmisin

DuracinTransmisin

Comienzorecepcin

CambioEscala

CambioEscala


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D.- Operacin del ecosonda

A no ser que el comandante ordene otra cosa, los reportes y procedimientos de empleo delecosonda son los que se indican a continuacin, los cuales debern estar escritas en las cer-canas del equipo.

1.- Reporte de profundidad o sondaje

Naves de Superficie. Las lecturas del ecosonda se deben informar como profundi-dad, nunca como sonda, debido a que se puede confundir como Fondo. Ejemplo:Profundidad 10 metros y cuando corresponda Profundidad 10 metros bajo la quilla.

Submarinos. Para el caso de estas naves, la Profundidad corresponde a la pro-fundidad que navega el submarino debajo de la superficie del mar, por lo cual to-das las lecturas del ecosonda se les debe decir sonda. A diferencia del buque desuperficie, no se presenta confusin con la palabra fondo, ya que el submarino

sumergido rara vez por no decir nunca, fondea estando sumergido. Ejemplo sonda10 metros.

2.-Reporte estndar. En cualquier momento que se ordene, una persona deber cubrir elecosonda objeto informar las profundidades, de acuerdo al siguiente reporte estndar, enintervalos no mayores de 1 minuto, o de acuerdo a la siguiente tabla:

Profundidad / sonda entre 0 - 20 metros : Informe cada 1 minuto.Profundidad / sonda entre 20 - 40 metros : Informe cada 5 minutos.Profundidad / sonda sobre 40 metros : Informe cada 10 minutos .

3.-Empleos de sufijos para el reporte estndar. El operador deber anteponer la palabraprofundidad / sonda con aumentando, pareja, disminuyendo o mnima bajo la quilla. Ejem-

plo: profundidad 10 metros aumentando.

4.-Reunin informativa y de coordinacin (Briefing). Durante esta reunin, el operador delecosonda ser informado por el oficial de guardia o el navegante sobre la mnima profundi-dad o sonda esperada en el track de navegacin. Si durante la navegacin, la profundidadest bajo del mnimo esperado, se informar inmediatamente con voz fuerte y urgente,hasta que sea escuchado y comprendido, especialmente por el oficial de guardia y por elencargado de llevar la navegacin.

5.-Medicin de profundidad desde la lnea de flotacin o desde el transductor. Por logeneral los ecosondas deben ser ajustadas para leer profundidades tomando como ref e-rencia la lnea de flotacin, a no ser que expresamente lo ordene el Comandante. Excep-cionalmente, en las naves que tienen variaciones importantes en el calado, como los sub-marinos, petroleros, barcos dique, etc., los comandante ordenarn expresamente leer e in-formar la profundidad desde el transductor, diciendo por ejemplo sonda 10 metros bajo laquilla, ya que esta situacin de excepcin pueden conducir a errores graves. En todo casocada ecosonda debe estar claramente marcado y a la vista de todas de esta disposicionesy ordenes.

6.-Unidad de medida para el reporte. Las lecturas del ecosonda sern informadas en la uni-dades de medida de las sondas indicadas en la carta de navegacin, normalmente en me-tros. En la eventualidad de usar una carta con sondas en pies o brazas, el operador delecosonda transformar a las unidades correspondiente, usando tabla de conversin que setiene a un costado del indicador.


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7.-Anotacin en el registro del ecosonda. En submarinos, es obligatorio registrar en el pa-pel los acaecimientos mas importantes que ocurren a bordo, indicando el hecho, la hora yfecha. Adicionalmente se registrar el momento que ocurren los sucesos mas importantes.Esta informacin adicional es necesario para poder reconstituir una navegacin. Para lasnaves de superficie es recomendado este procedimiento y obligatorio marcar en los si-guientes casos. Cada 6 minutos. En cada situacin. Todas las alteraciones de rumbo y velocidad. Cualquier cambio de profundidad del submarino. Cualquier incidente u otra informacin til.

E.- Correccin por separacin del transductor.

En ocasiones es necesario aplicar una correccin a la profundidad medida si los transduc-tores estn separados una distancia como se muestra en la Fig. 2. Estas profundidades sonmayores a los profundidades verdaderas en ese lugar, en una cantidad que aumenta al dismi-nuir la profundidad. La correccin de separacin, que siempre debe ser restada de la profun-didad registrada, puede ser encontrada en la frmula.

42

2

2 srrd =

Profundidad desde la superficie = d + h

r = Profundidad registrada debajo de los transductores.s = Distancia horizontal entre los transductores en metros.

d = Profundidad verdaderah = Distancia desde la lnea de flotacin al transductor (normalmente calado)

Las naves cuyos transductores estn a 2 metros o ms debern construir una tabla de pro-fundidades verdaderas y medidas para su uso en aguas someras. La correccin de separ a-cin siempre deber ser aplicada cuando se calibre, compruebe la profundidad registrada delecosonda y en aguas someras.


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Fig. 2: Correccin por separacin

F.- Calibramiento del ecosonda.

1.- Mtodo de calibracin por Comprobacin de Barra. En muchas ocasiones la navedebe navegar aguas someras, por lo cual se requiere una gran precisin en el sondaje.Adicionalmente, los buques de guerra deben estar capacitados para desarrollar sondajeshidrogrficas. Por lo anterior es necesario que el ecosonda se encuentre correctamentecalibrado.

Para profundidades entre 0 - 40 metros, se usa el mtodo de "Comprobacin de Barra"'que en sntesis, consiste en comparar las profundidades registradas por el ecosonda conla profundidad a una barra metlica que es bajada horizontalmente bajo el transductor, avarias profundidades conocidas. Estos datos son ploteados en un grfico. Ver Fig. 3.

Procedimiento: Se obtienen varias sonda a diferentes profundidades. Se calcula la diferencia entre la profundidad a la barra (medida por el ecosonda) y la

verdadera (distancia de la quilla a la barra). Se dibuja la lnea de error cuyos parmetros es la profundidad seleccionada y el

error calculado a las distintas profundidades. Se ajusta el equipo para las distintas profundidades llevando la lnea de error al eje

X. Se repite la prueba para comprobar las correcciones efectuadas.

Lnea de flotacin

ReceptorTransmisorS

d

Fondo del Mar

h

r


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Si no es posible utilizar el mtodo de Barra, se podr hacer el mismo grfico con pr o-fundidades conocidas y confiables, debidamente efectuadas las correcciones demarea y calado.

Fig. 3: Grfico para calibrar el ecosonda

2.-Ocasiones para Calibrar el ecosonda. Un ecosonda debera ser calibrado en las siguien-tes circunstancias: Al trmino de su reacondicionamiento.

Cuando cualquier parte del equipo es cambiada Si hay duda sobre su exactitud. Cada ao.

G.- Interpretacin del sondaje.

El tipo de fondo afecta a la calidad del eco, ya que pueden representar variaciones consi-derables en la fuerza de eco. En general, la arena dura, el coral, la tiza y la roca dan un ecobueno; el fango grueso o espeso da un mal eco. La roca puede producir un eco falso, altera n-do el eco real.

Otros factores externos producen ecos sobre el papel del registrador y es importante estaratento a esto, para interpretar adecuadamente los ecos.

H.- Ecos Falsos Inferiores

Los poderosos y modernos ecosondas pueden sondar a grandes profundidades, pero sonafectados por otro grupo de errores. El eco que vuelve es recibido cuando el inscriptor hacompletado una o varias rotaciones y el siguiente pulso ya ha sido transmitido.

Por ejemplo, una lectura de 30 metros del ecosonda en una escala de 450 metros podrasignificar un sonda de 30, 480 (450 + 30) o an 930 (450 + 450 + 30) metros. En tales circuns-tancias, el operador del ecosonda puede asumir que la nave est sobre el peligro mientras laprofundidad correcta es otra.

5 10 15 20Profundidadde la barra

.1

.2

.1

.3

.2

.3

Diferenciaenprofundidad

Ecosonda < Barra

Ecosonda > Barra

ProfundidadEcosonda

Error en la transmisin.El ecosonda mide 0,1 mts. masque la profundidad ajustada por la barra

8

88

8

8

Error de velocidad del sonido.0.15 metros bajo 6,5 metros


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Si es posible (ejemplo 778 metros), seleccione una escala ms larga (ejemplo 880 metroso mejor aun 8.800 metros) para determinar la profundidad real. O bien, dejar de transmitir ypermiti r que el estilo complete al menos cinco revoluciones; cuente las revoluciones desde elinicio de la transmisin hasta el regreso del eco. Con esto se podr ajustar la escala correcta.

I.- Ecos reflejados

En aguas poco profundas o someras, el casco de la nave y la superficie de mar pueden re-botar el eco original hacia el fondo del mar y crear dos ecos falsos, en aproximadamente dosveces la profundidad indicada. Ver Fig 4.

Un eco reflejado tambin puede ser recibido en aproximadamente dos veces o an tres ocuatro veces la profundidad indicada a profundidades tan grande como varios cientos de me-tros. El segundo eco es siempre ms dbil que el eco verdadero y puede ser eliminado redu-ciendo el poder de transmisor o la ganancia del receptor.

Ecos mltiples pueden ser recibidos en buenas condiciones de transmisin. Estos ecos

mltiples pueden ser eliminados de la misma manera como los ecos dobles. Tenga cuidadopara no ser engaado por dobles o mltiples ecos cambiando los ajustes de fase del ecoson-da.

Fig. 4: Ecos reflejados

J.- Otros ecos falsos

Varios ecos, que no son verdadero, pueden ser registrador en el inscriptor.

Se les llama "ecos falsos", que en general son poco frecuentes. Tales ecos, normalmenteno dificultan la medicin de profundidad, pero su interpretacin correcta a menudo requiere deexperiencia en el equipo.

Algunos ejemplos de tales ecos:

Primer eco (real)

Segundo eco(doble profundidad)


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1.-Peces. Los cardmenes pueden causar ecos falsos que a veces enmascaran el eco real.Ellos son fciles de identificar en alta mar por su caracterstico eco o huella, y por que semantienen a una determinada profundidad. Sobre la roca y el coral, los peces son difcil deidentificar y pueden ser confundido con otros elementos.

2.-Capas en el agua. En el agua se producen capas productos del diferencial de temperaturay densidad del agua, que tienden a reflejar parte de la onda sonora en direccin al trans-ductor. Sin embargo, en casos muy extremos, el eco inferior por lo general puede rebotar ydevolver en forma muy dbil.

La capa profunda, probablemente ser Plankton, reflejar una fuerte onda sonora. Esto porlo general se produce entre 350 a 400 metros de profundidad, y disminuye hacia la superfi-cie durante la noche. La capa es ms pronunciada en el da cuando el cielo es claro quecuando est cubierto. El eco de la capa a menudo es acentuado por los cardmenes quecomen el plankton, en particular de noche cerca de la superficie del mar. El eco verdaderopuede ser visto a travs de la capa, pero debera ser buscado usando los controles o auna escala diferente. El rebote profundo en la capa genera frecuentemente errores en la

medicin de profundidad.

3.-Corrientes verticales submarinas. La masa de agua salada fra, cuando es afectada poragua salada de altas temperaturas, genera frecuentemente interferencias al ecosonda.Ocurre a menudo en primavera y donde hay falla geolgica o por actividad volcnica. Enestos, el agua caliente se eleva desde el fondo por el agua ms fra como un giser sobrela tierra. Este fenmeno a menudo causa un eco fuerte que se parece a una ruina o un pe-queo bajo.

4.-Alga marina. Los ecos producto de las algas marinas son fciles de identificar. El eco inf e-rior por lo general puede ser visto y en otras oportunidades no aparece. Por lo general noexiste alga marina en profundidades bajo los 30 metros.

5.-Ecos laterales. No toda la energa transmitida de un ecosonda es concentrada en su lbu-lo principal. Hay algunos que se transmiten hacia el lado simultaneamente, y uno de estospuede producir un eco de un objeto no se encuentra inmediatamente bajo de la nave, perodonde la profundidad de inclinacin es menor que la profundidad del agua. Los ecos latera-les pueden producir un eco diferente del real, la mezcla entre ellos puede producir confu-sin.

6.-Turbulencia. La turbulencia en el agua, a menudo causada por la interaccin de corrientesde marea o remolinos fuertes, a veces puede producir ecos sobre el inscriptor.

7.- Ecos artificiales. Durante el mantenimiento se producirn ecos instrumentales. Si el poderdel transmisor o la ganancia del receptor son ajustados en seales demasiado altas, pue-den ocurrir ecos falsos en el inscriptor. El ruido de maquinaria, snar, etc., ajustados en lamisma frecuencia puede causar interferencia y producir ecos falsos.

K.- Ecos DbilesEste tipo de ecos se pueden producir por:

1.- Interferencia de ruido de agua:

Forma y condicin del casco. Velocidad de la nave. Ubicacin inadecuado de los transductores. Mar y tiempo.


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2.-Aireacin: Empleo de excesivo de la caa.

Malas condiciones de mar. Navegacin por la estela de naves. Con la nave asentada

Fotografas de diversas consolas de ecosondas modernos


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Equipos de Navegacin Corredera - 1Roberto Lniz Drpela

CORREDERAS

Ref.:

a.- Admiralty Manual of Navigation BRd 45 (3) Navigation Systems, Equipment & Instruments. (1996)b.- Manual de Navegacin Pub. SHOA 3030.

A.- IntroduccinLas correderas son usados para medir la velocidad y la distancia navegada por el buque. Por lo

general estas mediciones son sobre el agua, aunque algunas correderas ms avanzados, como laDoppler y correderas de correlacin con el sonido en el agua, pueden ser usadas para determinar lavelocidad y la distancia navegada respecto a la tierra.

Es importante que la corredera sea calibrada y sea instalado e instalada en el casco en una posi-cin que asegure una correcta medicin. La exactitud de la velocidad y de la distancia por el agua

debera tener, como mximo un error del 2%, es decir un coeficiente de corredera de 0,95 en cual-quier momento.

Por ejemplo, para una velocidad de 15 nudos, la distancia medida en una hora debera estar dentro15 +/- 0,75 millas, sin tomar en cuanta la deriva y la corriente. Este captulo analizar a grandes ras-gos el concepto de las correderas electromagntica y Doppler, las mas comunes utilizadas actual-mente.

B.- Corredera electromagnticaLa corredera electromagntica aparece en la dcada del 1960 para reemplazar a las correderas

Pitometer1y Chernikeeff2, que eran usadas en la Armada. En la actualidad gran parte de los buquesutilizan las correderas electromagnticas.

1.- Principio de operacin de la corredera electromagntica

Est basada en la induccin que se produce en unos electrodos de bronce adosados alexterior de un domo, cuando el buque se desliza hacia delante cortando las lneas magnticasgeneradas por un electroimn en el interior del domo. Este voltaje llega a un amplificador dondela seal es aumentada y electrnicamente transformada en indicacin de velocidad y distancia alos repetidores.

Este arreglo es montado el casco de la nave en un bulbo, ver Fig. 1, o como una espadaretrctil.

Una sensor fijo es ms exacto que un sensor retrctil, llamada espada, ya que ste so-

bresale ms all de la quilla. Normalmente, un sensor fijo se encuentra en submarinos. El sensorretractil ofrece la misma exactitud que el sensor fijo y es usado el algunas barcazas y embarca-ciones menores. El sensor retrctil requiere pruebas especiales de estanqueidad, entre la espa-da y la vlvula de fondo.

1Corredera PITOMETER: Esta corredera se basa en la diferencia de presin esttica y dinmica que ejerce el aguacuando el buque estar en movimiento. Esta diferencia es nula cuando el buque est detenido puesto que ambaspresiones sern iguales e ir aumentando con la velocidad del buque

2

Corredera CHERNIKEEFF: El sensor consiste de un mecanismo sumergido compuesto de una hlice de cuatroaspas que gira mediante la accin del agua, poniendo en movimiento un tornillo sin fin que acta sobre un mecanis-mo mecnico, transformando la seal, a electrnica para ser transmitida a los repetidores.


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Fig. 1. Sensor de la corredera electromagntica

2.- Descripcin generalUn sensor fijo (Ver Fig. 1), sobresale algunos centmetros del casco. El voltaje generado

en los electrodos es transmitido a la Unidad de Velocidad y la Unidad de Transmisor de Distancia(SDTU), (ver Fig. 3), para ser convertido en velocidad y distancia. Este voltaje generado esaproximadamente 400 microvoltios (400 V) por nudo. Un diagrama de bloque de un sistema tpi-co se muestra (ver Fig. 2) la interconexin del sensor, el SDTU, las Unidades de Nueva transmi-sin (RTUs) e indicadores de distancia.

Salida desde los electrodoshacia las unidades de

transmisin develocidad y distancia

Electroimn

Voltajeinducido

Electrodosde bronce

Campo Magntico

Domo oestructura de soporte

Entrada de corriente

al electroimn

Movimiento delbuque

Eje de la bobina


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Fig. 2. Diagrama general del ecoso nda.

a.- La unidad de Velocidad y Transmisin de Distancia (SDTU). Un pequeo voltaje genera-do en el sensor es preamplificada y alimenta a una unidad servo de velocidad, que transfor-ma a una representacin de velocidad de la nave, mostrada en un indicador anlogo o digital,ver Fig. 2. Esta indicacin de la velocidad de la nave vara segn la corredera (1 a 30 nudos,o 2 a 60 nudos). La unidad proporciona la corriente para estimular el electroimn en el sensor

de casco, y tambin produce varias seales de correccin requeridas en los amplificadoresde velocidad de modo que la velocidad del buque por el agua pueda ser mostrada en muchosindicadores.

Transductor

Pequea Seal (1)

(1) Amplificador(2) Unidad Servo(3) Indicador de Velocidad(4) Indicador de Distancia(5) Distribucin de la seal de Velocidad.(6) Distribucin de la seal de distancia

Seal amplificada

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Unidad de velocidad y trasmisin de distancia (SDTU)


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Fig. 3. Unidad de transmisin de velocidad y distancia (SDTU)

b.- Unidades de retransmisin (RTU). La unidad servo de velocidad en el SDTU tambin tienedos sincros transmisores y un potencimetro de distancia. La velocidad de la nave es tomadade uno de los sincro transmisores a la Unidad RTU, de modo que la velocidad de la correderapueda ser transmitida a los sistemas de navegacin y a los de armas que requieren una en-trada de velocidad.

Dentro del RTU hay un disco graduado en nudos. Este disco puede ser ledo desde el exte-rior del RTU, por una ventana de cristal, ver Fig. 3. El potencimetro de distancia genera unvoltaje proporcional a la velocidad del buque para alimentar el servo de distancia. Se produ-cen una serie de pulsos de 24 voltios, para representar la distancia navegada, en los rangosde 100, 200 y 400 pulsos por milla. Un registro numrico ubicado en las cercana de la indi-cacin de velocidad, muestra la distancia navegada, hasta 99.999.99.

c.- Indicadores de velocidad y de distancia. Los indicadores de velocidad y de distancia, (Fig.4), reciben directamente la seal del SDTU, entregando la indicacin visual de la velocidaddel buque en nudos (0-40) y la distancia a travs del agua (no es verdadera) en millas (0-999.99). Estos indicadores estn distribuidos a lo largo en muchas partes del buque como elpuente, CIC, camarote del Comandante, en consolas varias, cubierta de vuelo, plpito, puen-te secundario, sala de control de la mquina, etc. Un repetidor similar pero impermeable al

agua, es empleado en lugares abiertos, como el plpito, puente de seales, etc.

d.- Unidad de Calibracin. Para calibrar la corredera se puede emplear una unidad integrads ala SDTU que permite generar seales de 0 a 60 nudos, como la parte del SDTU.

e.- Corredera Muda: Si el sensor es daado, es posible transmitir una seal manual de veloci-dad y distancia a todos los repetidores de la corredera, teniendo la precaucin de ajustar lomas posible a la velocidad verdadera del buque dado por otros sensores (Ej. GPS, platafor-ma inercial, etc) o por medio de situaciones geogrficas. Existe un interruptor que desconectala corredera y la substituye por seal manual.


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Fig. 4. Indicador de velocidad y distancia

f.- Exactitud de la corredera: se debe partir del supuesto que la corredera esta bien ubicada yadecuadamente calibrada, debera tener aproximadamente la siguiente exactitud:

0-3 nudos : 0.1 nudos3-10 nudos : 0.2 nudosSobre 10 nudos: 2%

g.-Calibramiento de una corredera electromagntica

La exactitud de la corredera electromagntica depende del tipo de sensor usado y su po-sicin bajo el casco. Sin embargo, an la ms exacto, son afectados por el flujo de agua alre-dedor del casco.

Al estar directamente relacionada la seal del sensor con el flujo de agua que pasa porste, es poco probable que exista una linealidad directa entre seal y flujo de agua para elrango de velocidades. Todas las correderas tienen errores que vara segn un rango de velo-cidad, por eso es necesario calibrar en todos estos niveles.

Es decir, al estar bien calibrada, la corredera entregar informacin exacta para el OficialNavegante, Oficial de Guardia, para la Central de Informaciones de Combate y para los siste-mas de Armas. Las consideraciones que se deben tomar en cuenta al calibrar la corredera.:

1) El error de la corredera , debe ser calculada como un porcentaje de la velocidad de lacorredera y no de la velocidad verdadera.

100

=Dc

DcDvEC

2) La velocidad de la corredera se expresa en nudos, es decir la distancia en millas reco-rrida por el buque en una hora y la distancia se expresa en millas


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3) La corredera debe ser calibrar a lo menos en las siguientes circunstancias: Cuando se instala por primera vez Despus de un reacondicionamiento si la estructura o forma del casco fue alterada. Al reemplazar el sensor

4) Procedimiento de calibracinPara calibrar la corredera se debe calcular la velocidad navegada segn la corre-

dera y en segundo lugar, calcular la velocidad verdadera. Esto requiere un mnimo de dosy un mximo de cuatro "patas" en la milla medida, a varias velocidades, ver Fig. 5. Lacomparacin entre la velocidad de la corredera y la verdadera dar el % de error. Paracalibrar la corredera se debe navegar a varias velocidad, de otra manera sera imposibledeterminar los errores en todo el rango de velocidades.

Procedimiento:a. El rea necesaria para calibrar la corredera, depender de cada buque. Algunas es-

tn limitadas por la geogrfica, las velocidades, el tipo de buque, el radio de giro, eltrfico martimo, etc.

b. Para calibrar la corredera se requiere normalmente un da dedicado a ello. Se debetener en cuenta el mal tiempo y otras contingencias, por lo cual es aconsejable pro-gramar dos das. Respecto al tiempo, considerar tiempos adicionales para repetir co-rridas ante la ocurrencia de fallas e imprevistos.

c. Previo a las pruebas en la mar, se debe efectuar un calibramiento preliminar, que es-t descrito en el manual correspondiente.

d. Inicialmente la SDTU debera ser ajustado de la siguiente manera:

(1) La nave debe estar inicialmente detenida sin flujo de agua en el sensor, esdecir no debe haber ningn movimiento relativo entre la nave y el agua.

(2) Ajustar todos los controles de velocidad a cero.

e. Para calibrar la corredera se debe asegura que la nave se encuentre en condiciones

normales de navegacin, especialmente en lo relacionado con pesos y elementossumergidos.

Fig. 5. Milla Medida.

Milla Medida

1 Milla de aproximacin

1 Milla de aproximacin


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f. Se realizan una serie de corridas a velocidades diferentes en una distancia fija (nor-malmente una milla (milla medida). (Ver Fig. 5). Las corridas son por lo general a lassiguientes velocidades:

(1) 6, 12, 18, 24 nudos y cada 6 nudos hasta la mxima velocidado(2) 4, 8, 12, 16, 20, 24 y en intervalos de 4 nudo hasta la mxima velocidad.

g. Algunas correderas slo pueden se ajustadas a una velocidad, sin embargo las corri-das se harn a varias velocidad, objeto determinar dichos errores y ajustarlos ma-nualmente.

h. Cuando la corriente de marea es insignificante, o es asumida constante, basta conhace dos corridas para cada velocidad en direcciones opuestas para contrarrestarla.Si la corriente de marea es fuerte o variable, es necesario hacer dos corridas en cadadireccin.

i. Para cada corrida, se toma el tiempo exacto, entre el cruce de dos parejas de enfila-ciones objeto calcular la velocidad verdadera.

j. Las normas que se deben cumplir son:(1) Las revoluciones de los motores se deben mantener constante durante lascorridas a un velocidad determinada. Para asegurar que la velocidad apro-piada ha sido alcanzada para los motores, es necesario navegar en lnearecta por cinco minutos, antes de ingresar a la milla medida. Ver Fig. 5.

(2) El ngulo de caa durante la cada entre corridas a una misma velocidad, nodebe exceder 15 grados, para asegurar al mnimo, la disminucin de la velo-cidad en la cada. La velocidad disminuida se puede alcanzar durante la fasede navegacin recta.

(3) La cantidad de grados de caa debe ser mnimo, para evitar fuerzas en lostimones que afecte a la velocidad del buque.

(4) Estas pruebas se deben hacer con mar calma. El viento no debe de excederde 10 nudos, ya que el efecto del mar y del viento, afecta significativamente

ya que y no pueden ser estimado con exactitud para su correccin.(5) El intervalo de tiempo entre corridas en la milla medida, deben ser registra-das y deben ser razonablemente constante. En la siguiente tabla se muestraun ejemplo:

Velocidad (nudos) Distancia (millas) Tiempo (Segundos)6 1 600

12 1 30018 1 20024 1 150

k. Cuando es necesario hacer cuatro corridas a una velocidad determinada, la velocidad

de cada corrida debe ser lo mas similar posible, ya que la frmula usado en estas cir-cunstancias asume que el error de porcentaje de la corredera es constante sobre lavelocidad en las cuatro corridas.

5) Clculo de velocidad de la corredera

La velocidad segn la corredera y la velocidad verdadera se determina midiendola distancia realmente navegada en la milla medida. Es decir: Al tener el tiempo, la dis-tancia de la milla medida (normalmente una milla) y la distancia de la corredera (distanciaindicada en la corrdera entre los dos cruces consecutivos) se puede determinar la veloci-dad de corredera y verdadera. Adicionalmente se medir la velocidad de la corredera se-gn el indicador de velocidad, para comprobar la calculada.


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6) Clculo del % de correccin

La velocidad verdadera y la de la corredera, en cada nivel de velocidades cuandoslo es necesario realizar dos corridas, cuando la corriente de marea puede ser asumida

como constante. La frmula que da la correccin en % de la corredera es:

++

= 110021

21

LL

VVC

Cuando la corriente de marea vara, se debe navegar cuatro corridas (dos en ca-da direccin). En este caso la frmula de correccin en % es:

++++++

= 133

33100

4321

4321

LLLL

VVVVC

C = Error de la corredera (en %).V1, V2, V3, V4 = Velocidad verdadera en las corridas 1, 2, 3 y 4 respectivamente.L1, L2, L3, L4 = Velocidad de la corredera en las corridas 1, 2, 3 y 4 respectivamente.

La velocidad verdadera es calculada con la siguiente frmula:

+++=

8

334321

VVVVVelocidad

Ejemplo 1

Un buque calibra su corredera empleando la milla medida (1 milla). Las corridas sonhechas afectadas con la corriente de marea (a favor y en contra), que se consideranconstante durante las dos corridas.

Primera corrida: Segunda corrida:Corredera 1 = 2342.5600Corredera 2 = 2343.4622Tiempo = 3 minutos 38 segundos.

Corredera 1 = 2345.1250Corredera 2 = 2346.1317Tiempo = 4 minutos 00 segundos.

Cul es la correccin?

Clculo velocidad Corredera

Primera corrida:Corredera 1 = 2342.5600Corredera 2 = 2343.4622Dif = 0.9022 millasT1 = 3 minutos 38 segundosVc1 = 14.8987 = 14.9 nudos

Segunda corrida:Corredera 1 = 2345.1250Corredera 2 = 2346.1317Dif = 1.0067 millasT2 = 4 minutos 00 segundosVc2 = 15.1005 = 15.1 nudos

Resumen: velocidad por corredera fueron 14.9 y 15.1 nudos.


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Clculo velocidad verdadera

Corrida N 1 : 218 segundos.

Corrida N 2 : 240 segundos.

Velocidad Verdadera 1 = Vv1 = D/T = 1 (milla) / 218 (seg)= 0.0045871559 millas / seg = 15,5 nudos

Velocidad Verdadera 2 = Vv2 = D/T = 1 (milla) / 240 (seg)= 0.0041666667 millas / seg = 15,0 nudos

De la frmula:

++

= 110021

21

LL

VVC

++

= 11.159.14

0.155.16100C

Resultado : Correccin = 5 % de error

Las lecturas de la corredera debera ser aumentada 5 % para leer correctamentela velocidad verdadera. Ej.: para 10 nudos de velocidad de corredera se tendr realmente10 + 0.5 = 10,5 nudos.

Ejemplo 2Se obtuvieron los siguientes valores en la milla medidas, para cuatro corridas:

Corrida 1 Velocidad verdadera: 21.59 nudos. Velocidad por corredera: 20.3 nudos.Corrida 2 Velocidad verdadera: 17.76 nudos. Velocidad por corredera: 20.8 nudos.

Corrida 3 Velocidad verdadera: 21.27 nudos. Velocidad por corredera: 20.6 nudos.Corrida 4 Velocidad verdadera: 18.37 nudos. Velocidad por corredera: 20.7 nudos.

Cul es la correccin a la corredera?

De la frmula =>>

++++++

= 133

33100

4321

4321

LLLL

VVVVC

tenemos que

+++

+++= 1

7.206.2038.2033.20

37.1827.21376.17359.21100C

= 1

2.165

05.157100C

C = 100 x (0.95 1) = - 5%

Las lecturas de velocidad de la corredera deberan de reducir en un 5 % paradeterminar la verdadera.

Ej.: para 10 nudos de velocidad de corredera se tendr realmente 10 - 0.5 = 9.5 nudos.

6) Exactitud del clculo

La exactitud del clculo depender de la calidad de la medicin de los datos. Elerror esperado de la lectura del cronmetro, es segundo como mximo. Se puedeesperar que esto afecte la exactitud de la velocidad verdadera por lo menos en 1%.


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Cuando la velocidad de la corredera es leda directa, la exactitud depender de laexactitud de la lectura. Cuando la escala de velocidad puede ser leda a 0,1 nudo, el errorser casi 1% para altas velocidades, aunque mucho mayor que esto en bajas velocida-

des. El clculo de distancia con la corredera es una buena forma de comprobacin. Engeneral, el % de error de la correccin del error de la corredera debera estar dentro del1%. Ej.: el Error de corredera es + 5%, para una velocidad determinada, el error real se-r entre 4% y 6%.

7) Aplicacin de las correccione s

Las correcciones son aplicadas a los ajustes del SDTU tal como lo establece ca-da manual tcnico.

A modo de ejemplo. Ver Fig. 6.

a. Inicialmente se colocan en cero los potencimetros de ajuste por velocidad por ejem-

plo en 4, 8, 12, 16, 24.b. Se calculan los % de errores por velocidad.c. Se determina un valor promedio de error.d. Se ajusta el valor promedio.e. Se calcula la diferencia entre el valor promedio y el valor calculado por velocidad.f. Se ajustan los potencimetros individualmente.g. Se comprueba la calibracin con algunas corridas de verificacin.

Ejemplo: Datos

Velocidad Error incialCorreccin

lineal Correccin

4 0,4 0,35 0,05

8 0,3 0,35 -0,05

12 0,6 0,35 0,25

16 0,4 0,35 0,05

20 0,1 0,35 -0,25

24 0,3 0,35 -0,05

Promedio 0,35


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Fig. 6. Ajuste de la corredera electromagntica

6) Mtodos alternativos de calibramiento. Si no est disponible la milla medida, las corri-das de calibramiento de las corredera se pueden realizadas usando la alta exactitudGPS. El procedimiento es idntico al de la Milla Medida. Se debe navegar rumbo Norte oSur y medir exactamente un milla verdadera (1 minuto de latitud = 1 millas).

4 8 12 16 20 240

+0.1

+0.3

+0.5

+0.7

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

? Nudos

Nudos

Correccinlineal

Errores iniciales por velocidad

4 8 12 16 20 240

+0.1

+0.3

+0.5

+0.7

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

? Nudos

Nudos

Errores finales por velocidad


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B.- Corredera Doppler

1.- Principios del efecto Doppler

Cuando la fuente de ondas y el observador estn en movimiento relativo con respecto almedio en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de lafrecuencia de las ondas emitidas por la fuente.

El efecto Doppler se observa por ejemplo en el cambio de tonalidad de un sonido cuandola fuente que lo emite se acerca o se aleja: el motor de un carro, el pito de una locomotora, el pa-so de un avin en vuelo bajo, entre otros ejemplos. A este fenmeno se le denomina efecto Dop-pler y est directamente relacionado con la naturaleza ondulatoria del sonido. Cuando el origende las ondas se desplaza en un sentido causa la frecuencia de la onda se acorteen la direccinhacia adonde se esta moviendo y se alargueen el sentido contrario. De esta manera el tono delsonido cambia hacindose mas alto en la direccin hacia donde el origen de la onda se acerca yde tono bajo hacia adonde se aleja.

Fig. 7. Efecto Doppler.

12

34

12

34

1 2 3 4

'''

Fuente fijacon respecto al observador: lafrecuencia de la fuente y la frecuencia

observada coinciden.

Fuente en movimiento: La frecuencia de la fuentees menor que la observada por el observador delcual se aleja y mayor que la observada por el

observador al cual se dirige.

Doppler Bajo Doppler Alto.Onda comprimida

T

T : Observadores

T (A)T T (B)


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2.- Principios generales de la corredera Doppler

La corredera Doppler, consiste en un haz angosto de energa ultrasnica (por lo generalentre 100 kHz y 1 MHz) orientado al fondo del mar en un ngulo F, como lo muestra la Fig. 8.

Siendo la velocidad de desplazamiento del buque es V. F es la variacin de la seal recibida(diferencia de frecuencia) por los transductores (Seal Doppler):

( )

C

CosFVF

= 02

Donde F0 es la frecuencia transmitida y C es la velocidad de sonido en el agua. La fun-cin de la corredera Doppler esta medida por F0 , C y F que son parmetros conocidos. Por lotanto es posible calcular la velocidad verdadera (respecto a la tierra) V, que est directamenteproporcional a la variacin de la seal Doppler.

( )

=COSF

fCV

02

Por ejemplo, para un transmisor que trabaja (F0 ) sobre 300 kHz, una velocidad de sonidoen el agua (C ) de 1.500 m/seg., un ngulo F de 60 , una variacin de frecuencia de 1 kHz (F =1 kHz).

( )( ) ( )60cos3002

1sec500.1

=Khz

kHz

m

V

( )nudosm

V 72.9sec

5 =

=


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El poder requerido debe ser el adecuado para asegurar que el nivel de seal que rebotasea suficientemente fuerte para que el receptor discrimine entre la seal y el ruido de fondo.

Aunque en el mercado existen muchos tipos de correderas Doppler, generalmente no sonusados en la Armada, debido a:

a. Su funcionamiento es muy pobre en mares agitadosb. Est limitado a aguas poco profundas. Nuestro litoral se caracteriza por las altas profundida-

desc. Las estelas de los buque altera el normal funcionamiento de esta corredera.


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Equipos de Navegacin Anemmetro - 1Roberto Lniz Drpela

ANEMMETRO

A.- Concepto general:

El Anemmetro es un instrumento utilizado para medir la direccin e intensidad del viento,empleando para ello una veleta para medir la direccin y un pequeo generador impulsadopor unas aspas para medir la intensidad.

B.- Conceptos previos:

1.- Viento verdadero: Es al direccin e intensidad del viento referido a la tierra. A modo deejemplo correspondera a las mediciones efectuados en tierra, en que la direccin est

referida al norte verdadero.

2.- Viento relativo: Es la velocidad e intensidad del viento con relacin a la proa del buquecuando ste est en movimiento.

3.- Viento aparente: Es la velocidad e intensidad del viento con relacin al norte verdaderocuando el buque est en movimiento

C.- Problemas para medir la velocidad y direccin del viento

A bordo de un buque se presentan las siguientes dificultades:

1.- Al estar fondeado, es decir sin movimiento, la intensidad del viento se puede medir

directamente, sin embargo la direccin del viento est referida normalmente a la proa delbuque, es decir dicha direccin es relativa. Para calcular la direccin verdadera, bastarcon sumar la proa del buque.

2.- Cuando el buque est en movimiento, tanto la intensidad como la direccin del viento sernrelativas a la proa del buque.

D.- Descripcin del anemmetro:

El anemmetro posee una o dos unidades detectoras o veletas, la cual tiene unpeso aproximado de 5 kilos, que puede ser instalada en lugares despejados, permitiendoas un mejor resultado en la indicacin de vientos turbulentos.

Los componentes del sistema son:

1.- Unidades detectoras (Anemmetro Grimpola: Intensidad; Veleta: Direccin)2.- Unidad de retransmisin de velocidad y direccin del viento.3.- Receptores de velocidad y direccin del viento (repetidores).

1.- Unidades detectoras o veletas combinadas

Esta unidad est compuesta de un sincro transmisor que est ubicado en laveleta (direccin) y un generador de induccin cuyo rotor est girando por las aspas delanemmetro (Grimpola).


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Equipos de Navegacin Anemmetro - 2Roberto Lniz Drpela

Al gira las aspas generan un pequeo voltaje, el cual es enviado a la unidad deretransmisin.

La direccin es obtenida por la veleta la cual se transmite a la unidad deretransmisin en forma sincrnica.

2.- Unidad de Retransmisin

Esta unidad convierte las seales de direccin y la dbil seal de velocidad delviento, desde el la veleta y el anemmetro, a formas adecuadas para los repetidores.

La seal de entrada (direccin y velocidad), controla a los servomotores, loscuales posicionan a los sincros transmisores.

3.- Unidad repetidores.

A lo largo del buque se cuenta con repetidores de direccin e intensidad delviento, los cuales reciben la seal sincrnica del la unidad retransmisoras y latransforman en indicacin de velocidad y direccin del viento.

4.- Buques equipados con dos unidades detectoras (babor y estribor).

En un sistema de dos anemmetros, normalmente un por banda, permiteseleccionar aquel detector que tenga menos turbulencias, asegurando una indicacin lomas correcta posible.

Pequeogenerador Amplificador

AspasServomotores

Indicador deintensidadSincrotransmisores

Veleta

N

Indicador dedireccin

Sincrotransmisor

Unidad detectora Unidad RetransmisoraUnidadReceptora

Servomotores

Viento

Sincrotransmisores


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Equipos de Navegacin GPS - 1Roberto Lniz Drpela

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)

Ref.:a.- Enciclopedia Microsoft Encarta 2002.b.- Admiralty Manual of Navigation BRd 45 (3) Navigation Systems, Equipment &

Instruments. (1966)

A.- Introduccin

Sistema de Posicionamiento Global, conocido tambin como GPS, es un sistemade navegacin basado en 24 satlites, que proporcionan posiciones en tres dimensiones,velocidad y tiempo, las 24 horas del da, en cualquier parte del mundo y en todas lascondiciones climticas. Al no haber comunicacin directa entre el usuario y los satlites, elGPS puede dar servicio a un nmero ilimitado de usuarios.

B.- Historia y Desarrollo

Dirigido por el Departamento de Defensa de Estados Unidos, el Sistema dePosicionamiento Global Navstar se cre en 1973 para reducir los crecientes problemas enla navegacin. Al ser un sistema que supera las limitaciones de la mayora de lossistemas de navegacin existentes, el GPS consigui gran aceptacin entre la mayora delos usuarios. Desde los primeros satlites, se ha probado con xito en las aplicaciones denavegacin habituales. Como puede accederse a sus funciones de forma asequible conequipos pequeos y baratos, el GPS ha fomentado muchas aplicaciones nuevas.

C.- Caractersticas

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) est disponible en dos formas

bsicas: SPS, iniciales de Standard Positioning Service (Servicio de PosicionamientoEstndar), y PPS, siglas de Precise Positioning Service (Servicio de PosicionamientoPreciso). El SPS proporciona la posicin absoluta de los puntos con una precisin de100 m. El cdigo PPS permite obtener precisiones superiores a los 20 m; este cdigoestaba accesible slo a los militares de Estados Unidos y sus aliados, salvo ensituaciones especiales. En la actualidad est abierto a todo usuario.

Las tcnicas de mejora, como el GPS diferencial (DGPS), permiten a losusuarios alcanzar hasta 3 m de precisin. Los investigadores fueron los primeros en usarportadoras para calcular posiciones con una precisin de 1cm.

D.- Funcionamiento del GPS

Los satlites GPS llevan relojes atmicos de alto grado de precisin. Lainformacin horaria se sita en los cdigos de transmisin mediante los satlites, deforma que un receptor puede determinar en cada momento en cunto tiempo se transmitela seal. Esta seal contiene datos que el receptor utiliza para calcular la ubicacin delos satlites y realizar los ajustes necesarios para precisar las posiciones. El receptorutiliza la diferencia de tiempoentre el momento de la recepcin de la seal y el tiempode transmisin para calcular la distancia al satlite. El receptor tiene en cuenta losretrasos en la propagacin de la seal debidos a la ionosfera y a la troposfera. Con tresdistancias a tres satlites y conociendo la ubicacin del satlite desde donde seenvi la seal, el receptor calcula su posicin en tres dimensiones.


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Sin embargo, para calcular directamente las distancias, el usuario debe tenerun reloj atmico sincronizado con el Sistema de Posicionamiento Global. Midiend o desdeun satlite adicional se evita que el receptor necesite un reloj atmico. El receptor utiliza

cuatro satlites para calcular la latitud, la longitud, la altitud y el tiempo.

La distancia a cada satlite es determinada haciendo uso de la siguiente forma.

PR = c x ? tc = Velocidad de la luz? t = Tiempo de recorrido de la seal desde el satlite al receptor

Siendo el diferencial de tiempo la variable que se exige mayor precisin.

Para determinar la distancia real de cada satlite se debe corregir la distancia deacuerdo a la siguiente frmula:

R = Distancia real.PR = Distancia mediada.c = Velocidad de la Luz.? ta = Retraso en la propagacin y otros errores.? tu = Correccin de reloj del receptor a partir de tiempo de sistema GPS.? ts = Correccin de reloj de satlite a partir de tiempo de sistema GPS.

( )sua tttcPRR +=

Fig. N 1 Distancia medida de un satlite

C?tu

C?ta

C?ts

Satlite

PR (Distancia sin corregir)

R (Distancia verdadera)

Posicin real

Correccinpropagacinatmosfrica

Correccin de horaentre receptor y GPS

Correcci n de horadel satlite


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El efecto de error de reloj de receptor, al utilizar tres satlites simultneamente paraobtener una posicin, se muestra en la Fig N 2. Las distancia no se cortan en un punto,

producindose un rea ABC. Cada satlite tiene su propio error ?t u , el cual puede serrestado para cada satlite, cortando las seales en el punto P , que corresponde a laposicin del usuario. Este error de reloj de receptor es calculado permanentemente desdeel momento que se recibe la seal del satlite.

Fig. N 2 Correccin por error de recepcin de la hora.

Conociendo la distancia, desde el satlite al receptor; la posicin espacial de cadasatlite, es posible determinar geomtricamente la posicin del receptor, ya que cadasatlite es el centro de una esfera con centro en un punto conocido y de radio calculado.Ver Fig N 3.

c? tu

c? tuc? tuC

AB

P

S1 S3

S2


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Fig. N 3 La tierra, los tres satlites con sus rbitas y posiciones conocidas y el cortedel lugar geomtrico de las esferas, proporciona la posicin del buque.

E.- Partes del GPS

El GPS consta de tres divisiones: espacio, control y usuario.

1.- La divisin espacio incluye los satlites y los cohetes Delta que lanzan los satlitesdesde Cabo Caaveral, en Florida, Estados Unidos. Los satlites GPS se desplazanen rbitas circulares a 17.440 km de altitud, invirtiendo 12 horas en cada una de lasrbitas. stas tienen una inclinacin de 55 para asegurar la cobertura de lasregiones polares. La energa la proporcionan clulas solares, por lo que los satlitesse orientan continuamente dirigiendo los paneles solares hacia el Sol y las antenashacia la Tierra. Cada satlite cuenta con cuatro relojes atmicos.

S1S3

S2

Posicin

buque


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2.- La divisin control incluye la estacin de control principal en la base de las FuerzasAreas Falcon, en Colorado Springs, Estados Unidos, y las estaciones de

observacin situadas en Falcon AFB, Hawai, en la isla de Ascensin en el Atlntico,en Diego Garca en el ocano ndico, y en la isla Kwajalein en el Pacfico sur. Lasdivisiones de control utilizan las medidas recogidas en las estaciones de observacinpara predecir el comportamiento de las rbitas y relojes de cada satlite. Los datosde prediccin se conectan a los satlites para transmitirlos a los usuarios. La divisincontrol tambin se asegura de que las rbitas de los satlites GPS permanezcanentre los lmites y de que los relojes no se alejen demasiado del comportamientonominal.

3.- La divisin usuario es un trmino en principio asociado a los receptores militares. LosGPS militares utilizan:

En el mbito de la navegacin, equipos integrados en armas de fuego,armamento pesado, artillera, helicpteros, buques, submarinos, carros decombate, vehculos de uso mltiple y los equipos individuales para soldados.

Aplicacin en el campo militar incluye designaciones de destino, apoyo areo,municiones terminales y puntos de reunin de tropas.

Lanzadera espacial est dotada de un Sistema de Posicionamiento Global.

Con ms de medio milln de receptores de GPS, los usuarios civiles tienen unadivisin propia, grande y diversa. Incluso antes de que todos los componentes de lossatlites estuvieran en rbita, los investigadores utilizaban el Sistema dePosicionamiento Global para adelantar das o semanas los mtodos oficiales deinvestigacin.

El GPS se usa hoy en:

Aeroplanos y barcos para dirigir la navegacin en las aproximaciones a losaeropuertos y puertos.

Los sistemas de control de seguimiento envan camionetas y vehculos deemergencia con informacin ptima sobre las rutas.

El mtodo denominado granja de precisin utiliza el GPS para dirigir y controlarla aplicacin de fertilizantes y pesticidas.

Tambin se dispone de sistemas de control de seguimiento como elemento deayuda a la navegacin en los vehculos utilizados por excursionistas.

F.- Aplicaciones Futuras

En la actualidad hay 24 satlites GPS en produccin, otros estn listos para sulanzamiento y las empresas constructoras han recibido encargos para preparar ms y

nuevos satlites para el siglo XXI. Al aumentar la seguridad y disminuir el consumo decarburante, el Sistema de Posicionamiento Global ser el componente clave de lossistemas aeroespaciales internacionales y se utilizar desde el despegue hasta elaterrizaje. Los conductores lo utilizarn como parte de los sistemas inteligentes encarretera y los pilotos para realizar los aterrizajes en aeropuertos cubiertos por la niebla yotros servicios de emergencia. El sistema ha tenido una buena acogida y se hageneralizado en aplicaciones terrestres, martimas, areas y espaciales.


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Equipos de Navegacin Radar - 1Roberto Lniz Drpela

EL RADAR DE NAVEGACIN

Ref.: Manual de Navegacin Volumen II

A.- Fundamentos del Radar.

El radar (Radio Detecting And Ranging), tal como se emplea en navegacin, es unasistema que permite determinar distancias mediante la medicin del tiempo que transcurreentre la emisin y el regreso de una seal electrnica que ha sido reflejada hacia elreceptor por un blanco. El transceptor genera automticamente una seal cuando esinterrogado por una seal de una frecuencia adecuada. Con este dispositivo tambinpueden obtenerse demarcaciones.

Ej.: Si la velocidad de la energa es 161.829 (millas/seg) y el tiempo que se demor en

regresar la onda es de 0,0003 seg. A qu distancia est el blanco?

Fig. N 1 Concepto de medicin de distancia de un radar.

d = (v x t ) / 2

d = (161829 [millas/seg] x 0,0003 [seg] / 2

d = 24,27 millas

Fig. N 2. Concepto de direccin medida por el radar.

d

N

Antena

Direccin de la antena en el momentoque sale y regresa el haz del radar.Direccin 114

Contacto(costa)

Haz


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B.- Componentes y sus funciones.

El esquema general de un radar, es el que se muestra en la Fig. N 3, siendo susprincipales componentes los siguientes:

Fig. 3 Unidades componentes de un radar

1.-Fuente de poder: Proporciona todos los voltajes necesarios para la operacin de los

componentes del sistema.

2.-Modulador: Produce la sincronizacin de la seal que hace que el transmisor emita elnmero necesario de veces por segundo. Tambin hace partir el barrido del indicador ycoordina los otros circuitos asociados para que todos los sistemas trabajen entre elloscon una relacin de tiempo bien definido.

3.-Transmisor: Genera la energa de radiofrecuencia en la forma de cortos y poderosospulsos.

4.-Sistema de antena : Toma la energa de Radiofrecuencia (RF) del transmisor y lairradia en la forma de haz altamente direccional, recibe los ecos reflejados queregresan y los hace llegar al receptor.

5.-Receptor: Amplifica la intensidad de los ecos y los transforma en seales de video quetraspasa al indicador.

6.- Indicador (Pantalla): Produce la indicacin visual de los pulsos de eco, en forma talque proporciona la informacin deseada con una presentacin visual de lasdemarcaciones y distancias de los ecos que recibe el Radar.

En Fig. N 4 se muestra un esquema que de un sistema bsico de Radar.

Modulador

ReceptorIndicador

Fuente dePoder

Transmisor

Sistema deAntena.


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1.- Frecuencia de la portadora.

Es la frecuencia a la cual se genera la radiofrecuencia. Los principales factoresque afectan la seleccin de la frecuencia portadora son las directividad deseada y lageneracin y recepcin de la energa de radiofrecuencia.

Para la determinacin de la direccin y para la concentracin de la energa, laantena debe ser altamente direccional. Cuanto ms alta es la frecuencia de laportadora, menor es el largo de onda y por consiguiente ms chica ser la antena quese necesite para obtener una agudeza determinada en la caracterstica de radiacin.

El problema de generar y de amplificar cantidades razonables de energa deradiofrecuencia a frecuencias extremadamente altas se complica, es por ello que sedeben emplear unidades especiales como el Magnetrn.

2.- Frecuencia de repeticin del pulso.

La Frecuencia de Repeticin del Pulso (PRF) es el nmero de pulsostransmitidos por segundo.

Fig. N 5 Ejemplo de dos PRF

En el primer caso se tiene que en 0,01 seg se han transmitido 4 pulsos, lo queimplica una PRF de 400 pulsos por seg. En el segundo caso, en el mismo tiempo sehan trasmitido 2 pulsos, correspondiendo a una PRF de 200 pulsos por seg.

Es necesario dejar un intervalo de tiempo suficiente entre pulsos, para que uneco pueda regresar desde cualquier blanco que se encuentre dentro del alcancemximo de operacin del sistema.

De otra forma, la recepcin de los ecos de los blancos ms lejanos quedarabloqueada por la transmisin de los pulsos subsiguientes. El alcance mximo de unequipo de radar, depende del poder irradiado en relacin a la PRF. Suponiendo que se

ha irradiado un poder suficiente, la distancia mxima desde la cual pueden recibirseecos puede aumentarse, disminuyendo la PRF, para as tener un mayor lapso entrepulsos transmitidos. La PRF debe ser lo suficientemente alto para permitir que unacantidad suficiente de pulsos golpee al blanco, como as mismo que un nmerosuficiente de ellos regresen como para detectar el blanco.

Al girar la antena, el haz de energa incide slo por un corto tiempo en elblanco. Durante este lapso debern transmitirse un nmero tal de pulsos que permitarecibir a su vez un nmero suficiente de ecos como para producir una indicacin en lapantalla del radar. Con la antena girando a razn de 15 RPM, un radar que tiene unPRF de 900 pulsos/seg., producir aproximadamente 10 pulsos por cada grado de girode la antena. El tiempo que retiene la imagen de los ecos en la pantalla y la velocidadde rotacin de la antena, sern por lo tanto los factores que fijan el menor PRF a

emplear.Clculo:

0,01 seg

Largo de pulso


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15 RPM = 15 Rev de la antena en 60 segundos1 Rev = 360 de giro de la antena en 4 segundos (60 / 15).1 en 0,011111 segundo (4 / 360)

900 pulsos ............................... ........... en 1 segundoX .......................................... en 0,01111 segundo

Resultado: por cada 1 de giro de la antena se emiten 10 pulsos

3.- Largo de Pulso.

El largo del pulso, medido en microsegundos, es el tiempo que dura latransmisin de un solo pulso de energa de radiofrecuencia.

La distancia mnima a la cual puede detectarse un blanco la fija bsicamente lalongitud del pulso. Si un blanco se encuentra tan cerca del transmisor que su ecoregresa antes de que la transmisin termine, la recepcin del eco estar confundidacon el pulso transmitido. Por ejemplo, un radar que tiene una longitud del pulso de 1

microsegundo, tendr una distancia de deteccin mnima de 164 yardas. Esto significade que el eco de un blanco dentro de esta distancia, no se ver en la pantalla, debido aque se encuentra tapado por pulso emitido.

Fig N 6 Mnima distancia de deteccin

Largo de Pulso

Recepcin.Trans-misin

Blancocercano

Distanciarecorrida

324yardas.


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Como la energa de radio frecuencia se desplaza a una velocidad de 161.829millas/seg., la distancia que la energa recorre en un microsegundo es deaproximadamente 0,162 millas a 324 yardas. Como esta energa debe efectuar un viajede ida y vuelta, el blanco no debe estar a menos de 162 yardas si se desea ver su ecoen la pantalla, empleando una longitud de pulso de 1 microsegundo. Por consiguiente,

para distancias menores se emplean pulsos ms cortos de alrededor de 0.1microsegundo (0,00001 segundo). Ver Fig. N 6.

1 microsegundo = 0,00001 segundoV = 161.829 millas / seg.D = (V x T ) / 2

D = ( 161.829 x 0,000001 ) / 2

D = 0,0809145 milla = 162 yardas. (distancia mnima de deteccin)

Una gran cantidad de equipos de radar han sido diseadas para operarlos, yasea con pulso largo o con pulso corto. Muchos de esto radares, a su vez, cambianautomticamente de pulso, cuando se cambia de las escalas ms grandes a las mspequeas. Los radares pueden alcanzar mayores distancias de deteccin al emplearpulsos ms largos, debido a la mayor cantidad de energa que se transmite con cadapulso.

Mientras se sacrifica un mayor alcance al emplear pulsos ms cortos, seobtiene en cambio, una mayor exactitud y resolucin en la medicin de distancias. Conlos pulsos ms cortos, se obtiene una mejor definicin en la pantalla y por consiguientela exactitud en la medicin de la distancia puede mejorar. La RESOLUCIN enDISTANCIA es una medida de la capacidad de un equipo de radar para detectar laseparacin entre blancos que se encuentran en la misma demarcacin, pero separados

por muy poca distancia. Si el borde delantero de un pulso llega a un blanco a unadistancia ligeramente mayor, mientras el borde trasero del pulso est llegando a unblanco cercano, es obvio que el eco reflejado de los dos blancos aparecer en lapantalla como una sola imagen alargada.

D.- Caractersticas de propagacin de las ondas de radar.

1.- La onda de radar.

Las ondas de radar se emiten en forma de pulsos de energa electromagnticaen la banda de frecuencia entre los 3.0 (MHz). Al igual que las ondas luminosas queson de una frecuencia mucho mayor, las ondas de Radar tienden a desplazarse en

lnea recta a una velocidad casi igual a la de la luz. Las ondas de Radar estnexpuestas a la refraccin atmosfrica y al igual que las ondas del mar (olas) las ondasde Radar tienen energa, frecuencia, amplitud, largo de onda y velocidad dedesplazamiento. As como las olas tienen energa mecnica, las ondas de Radar tienenenerga electromagntica, la que se expresa y se mide en watts de poder.


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Fig. N 7 comportamiento tpico de una onda de Radar

2.- La frecuencia.

Es el nmero de ciclos completados en un segundo y se expresa en ciclos porsegundo, es el HERTZ.

3.- Longitud o largo de onda.

Es la distancia entre dos cretas medida en el sentido de propagacin. Alcompletarse un ciclo la onda se ha desplazado una longitud de onda.

4.- Amplitud

Es el mximo desplazamiento de la onda de su valor medio o cero.

Como la velocidad de desplazamiento de las ondas de Radar es constante yalcanza los 300.000 Km/seg., es posible establecer una relacin bien definida entrefrecuencia y largo de onda.

Velocidad Ondas de RadarFrecuencia =

Largo de onda

Cuando el largo es 3.2 cm. (0,000032 km.)

km.300.000

segFrecuencia =

0,000032 km.

Frecuencia = 9.375 Megahertz

Largo de Onda

Ciclo

Amplitud


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6.- El haz de radar.

Los pulsos de energa de RF, ya sea que estos sean enviados por la bocina dealimentacin al punto focal del reflector, conformarn en su mayor parte un diagrama

lobular de radiacin si sta se efectuase en el espacio libre.

Fig. N 9 Haz de Radar

En la Fig. N 9, se muestra un diagrama tipo de radiacin en el cual se hanincluido los tan molestos lbulos laterales que se producen debido a que las antenas enla prctica no pueden constituirse siguiendo exactamente el modelo terico del diseo.El grfico que solo se ha confeccionado con fines didcticos, ha sido deliberadamentedistorsionado y no muestra por esta razn, la verdadera relacin de proporciones queexiste entre el lbulos principales y los laterales.

La energa irradiada es un haz relativamente angosto, similar al haz de luz deuna linterna, en que la energa se concentra a lo largo del eje del haz, su intensidaddecrece en funcin de la distancia a lo largo del eje del haz. Con la rpida disminucinde la energa irradiada al alejarse del eje y con la disminucin de la energa con la

distancia, se deduce que deben emplearse lmites prcticos de poder o voltaje demanera de definir las dimensiones de haz de radar o de establecer sus lmites deenerga til.

7.- Ancho del haz.

Se llama ancho del haz de radar al ancho angular del haz medido entre puntosdentro de los cuales tienen una determinada densidad de campo

El diagrama de radiacin de la Fig. 10, muestra las relaciones de poderes queexisten en puntos igualmente distanciados del eje en un mismo plano horizontal y a lasmismas distancias de la antena en origen.


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Fig. N 10 Ancho del Haz de Radar

Para aumentar las distancias de deteccin, la energa se concentra en un hazlo ms angosto posible. Debido a consideraciones prcticas relacionadas con ladeteccin y discriminacin del blanco, solo el ancho horizontal del haz se hace angosto,con valores tipos que varan entre 0.65 y 2.0. el ancho vertical es relativamente anchocon valores tipos que fluctan entre 15 y 30. Ver Fig. N 11.

Fig. N 11 Dimensin angular del haz de radar.

El ancho del haz depende de la frecuencia o largo de onda, de la energatransmitida, diseo de antena y sus dimensiones fsicas. Para un tamao determinadode antena, se pueden obtener haces ms angostos empleando menores largos deondas. Para una longitud de onda determinada, se debe aumenta el tamao de laantena si se desea angostar el haz.

Eje del HazAncho del Haz

Pto. de medio

Angulo vertical15 a 30

Angulo horizontal0,65 y 2,0


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8.- Difraccin.

Es la defleccin que sufre una onda cuando pasa un obstculo. Debido a ladifraccin, es que se produce alguna iluminacin de la zona detrs de una obstruccino blanco. Los efectos de la difraccin son mayores a las frecuencias bajas. Es as que,el haz de un radar de frecuencia baja tiende a iluminar ms la zona sombra que existe

tras una obstruccin que el haz de un radar de una frecuencia ms alta. Ver Fig. N 11.

Fig N 11 Ejemplo de la difraccin.9.- Atenuacin.

Es la dispersin o absorcin de energa del haz de radar al pasar por la

atmsfera, y produce una disminucin en la intensidad del eco. La atenuacin es mayora frecuencias ms altas.

10.-Caractersticas del eco.

A pesar de que los ecos reflejados son mucho ms dbiles que los pulsos transmitidos,las caractersticas del regreso a la fuente, son similares a las caractersticas depropagacin. A la intensidad de estos ecos depende de la cantidad de energatransmitida que llegue al blanco, as como del tamao y caractersticas reflectoras del.

E.- Factores que afectan al alcance mximo y mnimo.

1.- Frecuencia.

Cuanto mayor es la frecuencia de las ondas del radar, mayor ser la prdida depoder. Es por esto que, generalmente, con frecuencias ms bajas (mayor largo deonda) se tienen mayores alcances de deteccin.

2.- Energa transmitida.

El alcance del radar aumenta cuando se aumenta la energa. Al duplicarla elalcance aumenta en un 25 % aproximadamente.

3.- Largo del pulso.

Cuanto mayor es la longitud del pulso, mayor es el alcance del radar, debido ala mayor cantidad de energa transmitida.


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4.- Frecuencia de repeticin de pulso (PRF).

La PRF, fija la distancia mxima que puede medirse con el radar. Debe dejarseun amplio espacio de tiempo entre pulsos, para que el eco regrese de cualquier blancoque se encuentre dentro de los alcances operativos del sistema. De otra forma, los

ecos que regresan de los blancos ms lejanos se veran bloqueados por pulsossucesivos. Este intervalo de tiempo es el que fija el mayor PRF que puede serempleado.

La PRF puede ser lo suficientemente alto, siempre que un nmero convenientede pulsos de en el blanco y puedan, a su vez, regresar al radar un nmeroconvenientemente de ecos.

5.- Ancho del haz.

Cuanto ms concentrado es el haz, mayor es al alcance de deteccin del radar.

6.- Caractersticas del blanco.

Blancos grandes pueden verse en la pantalla a mayores distancias, siempreque exista horizonte visual entre la antena del radar y el blanco. Materiales conductores(como un casco de acero por ejemplo) producen ecos relativamente fuertes, mientrasque materiales no conductores (un casco de madera de un pesquero) producen ecosms dbiles.

7.- Sensibilidad del receptor.

Cuanto ms sensible sea el receptor, mayor ser el alcance, pero est msexpuesto a la interferencia y bloqueo electrnico.

8.- Velocidad de rotacin de la antena.

Cuanto menor es la velocidad de rotacin de la antena, mayor es el alcance dedeteccin del radar.

Un radar que tenga un PRF de 1.000 pulsos por segundo, un haz de un anchohorizontal de 2,0 y una velocidad de rotacin de la antena de 6 RPM (1 revolucin en 6segundos o un barrido de 36 en un segundo), puede transmitir un pulso cada 0,036de rotacin. Se producirn por consiguiente 56 pulsos durante el tiempo que la antenagira a travs del ancho de su haz:

Ancho del haz 2,0Grados por pulso

=0,036

= 56 pulsos

Con una velocidad de giro de la antena de 15 RPM (1 revolucin en 4segundos o 90 de rebusca por segundo) se tiene solamente un pulso transmitido cada0,09 de giro, y se transmitirn slo 22 pulsos durante el tiempo que necesita la antenapara girar a travs del ancho del haz.

Ancho del haz 2,0Grados por pulso

=0,09

= 22 pulsos

De lo expuesto anteriormente, se hace evidente de que a las menoresvelocidades de rotacin de la antena, se producen los alcances mximos a los cuales

se pueden detectar, especialmente, blancos pequeos.


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F.- Operacin del radar.

En los radares de navegacin se encuentran dos tipos bsicos de presentacin quepermiten indicar tanto la posicin de los blancos en la pantalla como su movimiento:

1.- Radar de movimiento relativo.

El radar de movimiento relativo proporciona el movimiento de un blanco enrelacin al movimiento del buque propio, por medio de la presentacin continua de lospips del blanco a la correspondiente distancia y demarcacin, a partir de una posicinfija del buque propio que se encuentra al centro de la pantalla. Si tanto el blanco comoel buque propio, se encuentran en movimiento, es evidente que los sucesivos pips delblanco no indican su movimiento real o verdadero. Se hace necesario una solucingrfica del problema para tener la respuesta adecuada. Ahora bien, al estar el buquepropio en movimiento, los pips tales como masas de tierra se desplazan en el PPI auna velocidad igual a la del buque propio pero en direccin opuesta. Por otra parte, si elbuque propio est parado, los pips en el PPI se mueven de acuerdo a su movimientoverdadero.

Fig. N 12 Movimiento relativo en la pantalla de radar

2.- Radar de movimiento verdadero.

El radar de movimiento verdadero presenta tanto el buque propio como a losobjetos mviles con su movimiento real. A diferencia de la que sucede en el radar demovimiento relativo, la posicin del buque propio no est fija. Tanto el buque propiocomo el resto de los mviles se desplazan por la pantalla de acuerdo a sus propiosrumbos y velocidades. Tambin al revs de lo que sucede en los radares demovimiento relativo, los objetos fijos se mantienen estacionarios como sucede con lasmasas terrestres. En esta forma se puede apreciar el desplazamiento tanto del buquepropio como el de otros buques con respecto a la masa terrestre.

t1 t2 t3

t4 t5 t6

t1

t1t2t3t4t5t6

Contacto(buque)

Contacto(costa)

Resumen en la pantallade Radar


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Fig. N 13 Movimiento verdadero en la pantalla de Radar

3.- Mediciones de distancia y demarcacin. Ver Fig. N 14

a.- Cursor de demarcacin y distancia Ver Fig. N 14 a).

La pantalla del Radar tiene un cursor que le permite determinar lademarcacin y distancia a los contactos. Para la medicin, se le puede utilizardesde el centro de la pantalla o descentrado desde un determinado contactoobjeto determinar la demarcacin y distancia desde el contacto a cualquier otro.

t6

t1t2 t3

t4 t5


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Fig. N 14 Demarcaciones y distancia electrnica y demarcacin mecnica.

b.- Cursor mecnico de demarcacin. Ver Fig. N 14 b).

Consiste en una lnea radial o retculo inscrito en un disco transparenteque puede ser girado manualmente alrededor de su eje, el cual coincide con elcentro del PPI. Se le emplea para tomar demarcaciones. A menudo se hallantambin inscritos en el disco una serie de lneas paralelas a la lnea central deldisco, en cuyo caso el dispositivo toma el nombre de Cursor de Lneas

Paralelas o ndice Paralelo.

Cuando el origen del barrido es el centro del PPI, que es lo normal enlas presentaciones relativas, la demarcacin a un blanco pequeo y biendefinido se toma colocando la lnea radial a una de las lneas radiales delretculo sobre el centro del eco.

Las demarcaciones verdaderas o relativas del eco se pueden ver en eldial de demarcaciones.

090

000

270

180

010020

030

040

050

070

060

100

080

160150

140130

120

110

190 170200

210220

230

240

250

260

280

300

290

340330

320

310

350

a)

b)

b) Lectura en curso mecnico:Demarcacin = 212.

a) Lectura en curso electrnico:Distancia = 6,45 millas.

Demarcacin = 233

c) Lectura en Anillosde Distancia: 7,32 millas


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c.- Anillo variable de distancia. Ver Fig. N 14 c).

El anillo variable de distancia (VRM) se emplea bsicamente paratomar distancias a ecos de blancos en el PPI. Como funcin secundaria est lade proporcionar una distancia lmite alrededor de la posicin del observador,dentro de la cual no pueden entrar blancos por razones de seguridad.

El VRM es en realidad solo un punto luminoso rotatorio. La distanciadesde el punto al origen del barrido corresponde a la distancia, la que se mideajustando el crculo del VRM de modo que apenas toque el borde interior deleco. El VRM se ajusta mediante el movimiento de una manivela manual y ladistancia se lee en un contador especial.


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Equipos de Navegacin Girocomps - 1Roberto Lniz Drpela

TEORIA DEL GIROCOMPAS

Ref.:a.- Manual de Navegacin Pub. SHOA N 3030 y 3031.b.- Admiralty Manual of Navigation BRd 45 (3) Navigation Systems, Equipment &

Instruments. (1966)

A.- Introduccin.

El girocomps es un instrumento electro mecnico que tiene la propiedad de orientarse endireccin Norte - Sur geogrfica y permanecer orientado, bajo la influencia combinada de la

rotacin de la tierra, de la gravedad y de las propiedades giroscpicas (rigidez y precesin).Para su uso en navegacin, sus indicaciones se transmiten a una Rosa Magistral y por

medio de circuitos elctricos, a una serie de repetidores.

El origen del girocomps, fue el giroscopio, y el origen de ste el trompo.

B.- Caractersticas del Girocomps.

1.- El girocomps provee de indicacin segura de direccin.2.- Es de gran estabilidad y sensibilidad no presentando oscilaciones en los balances, lo

que se traduce en absoluta seguridad en el rumbo y en demarcaciones.3.- No es afectado por la escora.4.- Provee de muchas indicaciones a los repetidores, en cualquier parte del buque.

5.- Permite utilizar un gobierno automtico y registrar grficamente el rumbo navegado.6.- En caso de existir error, este es constante para todas las proas, y por lo tanto, puede

ser corregido.7.- Gran fuerza directriz, la que disminuye hacia los polos en menor proporcin que el

comps magntico.8.- Debido a su gran perodo de oscilacin, necesita mucho tiempo para orientarse.

C.- Principios generales de Funcionamiento:

1.- Fenmeno elemental del trompo

El eje de cualquier trompo, que baila en cualquier sentido, describe un cono, y elextremo superior del eje, un crculo alrededor de una vertical que pasa por el punto de

apoyo del trompo.El sentido del movimiento cnico del eje con respecto al sentido de rotacin deltrompo, depende de la posicin del centro de gravedad con respecto al punto deapoyo.

Este movimiento tambin lo tiene el eje de la tierra, se llama "Precesin", y comoveremos ms adelante, se debe a la accin de la gravedad sobre la masa del trompo.Fig N 1.

Un trompo construido y montado en tal forma que su centro de suspensin o puntode apoyo coincide con su centro de gravedad se llama "Giroscopio Elemental".


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Fig N 1 Precesin del Trompo

2.- Giroscopio elemental. (Ver Fig N 2 )

Fig N 2 Giroscopio elemental

Eje vertical

Plataformad montaje

Girscopo

Ej rotaci rotor

SistemaCardanEj horizontal


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El giroscopio elemental puede definirse como un trompo o cuerpo giratorio mon-tado en tal forma que puede rotar libremente alrededor de su eje; que este eje puede

colocarse en cualquier direccin del espacio y permanecer en ella, y que el centro degravedad del trompo coincide con su centro de suspensin. Sirve para estudiar ydemostrar las propiedades y fenmenos giroscpicos.

Para que la gravedad no tenga efecto sobre el rotor alrededor de ninguno de lostres ejes, el centro de gravedad de l debe coincidir con el punto de interseccin de lostres ejes, punto que es a la vez el centro de suspensin del sistema.

Fig N 3 Ejes que intervienen en un Giroscopio elemental

3.- Propiedad Giroscpica.

Todos los fenmenos giroscpicos conocidos, se derivan de dos propiedadesparticulares del instrumento: RIGIDEZ o INERCIA y PRECESION.


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4.- Rigidez o inercia giroscpica.

Es la propiedad que tiene un giroscopio de mantener su eje de rotacin en una

direccin fija del espacio mientras est rotando, siempre que una fuerza extraa no lasaque de ella. Si una fuerza extraa tratara de hacerlo, la rigidez no opone ningunaresistencia, pues la rigidez no es fuerza, sino un estado de inercia. Esta propiedad sedebe a la primera ley de Newton sobre movi miento, que dice: "Un cuerpo permaneceen reposo o contina en movimiento uniforme rectilneo, mientras una fuerza extraano la saque de ese estado".

La rigidez se demuestra haciendo rotar un giroscopio y tomndolo de su montaje,darle movimientos suaves que no influyan en la friccin de sus ejes, observaremos queel eje de rotacin no altera la direccin en que se encuentra, Fig. N 4.

Fig. N 4.

5.- Rotacin aparente.La rotacin aparente de un giroscopio es un movimiento cnico circular de su eje, en

sentido contrario a la rotacin de la tierra, alrededor de una recta que pasa por sucentro de giro, paralela al eje terrestre. Este movimiento es una consecuencia de larigidez y de la rotacin real de la tierra de Weste a Este. Es aparente porque no es elgiroscopio el que gira, sino la tierra, y en consecuencia la superficie de sta cambia deposicin con respecto a la direccin del eje del giroscopio, aparentando que fuera esteeje el que hace la rotacin. Ver Fig. N 6


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Fig. N 5

Fig. N 6

.


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6.- Posicin de Reposo.

Se entiende por posicin de reposo, aquella en que el eje de un giroscopio no

demuestra rotacin aparente y permanece fijo con respecto a la superficie de la tierra.Es decir, no se mueve en declinacin, ni se mueve con la rotacin de la tierra.

Ejemplo. Si en Latitud 20 N. colocamos el eje de un giroscopio en sentido de N. a S.y el extremo Norte del eje levantado 20 sobre el plano horizontal, tampoco se obser-var rotacin aparente, es decir estar en reposo.

7.- Diagrama Polar.

Se llama diagrama polar al grfico de la trayectoria descrita por uno de los extremosdel eje de rotacin del giroscopio, sobre un plano perpendicular al eje de la tierra,durante su rotacin aparente (Fig. 7.)

Se vio que esta trayectoria esun crculo descrito en 24 horasalrededor de una paralela al ejeterrestre, por lo tanto, el centrodel diagrama polar es lainterseccin de esa recta con elplano del diagrama, y laposicin del centro del dia-grama, con respecto al planohorizontal, depende de lainclinacin de esta recta,inclinacin que depende de laLatitud del lugar.

8.- Precesin.

Al aplicar una fuerza, el eje de rotacin de un giroscopio se desva en direccin per-

pendicular al sentido de la fuerza y opone resistencia para moverse en el sentido deella.

Este fenmeno llamado precesin y la resistencia encontrada, se deben a unacombinacin mecnica, de la fuerza aplicada con la fuerza de rotacin.

Coloquemos horizontal el eje de rotacin y dirigido de Norte a Sur. Mirando elgiroscopio desde el Sur dmosle rotacin en el sentido de las agujas de un reloj. (Fig.8)

Fig. N 7 Diagrama Polar


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Fig N 8 Precesin

Apliquemos que el extremo Sur del eje de rotacin una fuerza horizontal hacia la iz-quierda, que trata de girar el eje de rotacin alrededor del eje vertical. Encontramos unagran resistencia y en vez de conseguir un movimiento en ese sentido, veremos que elextremo Sur bajar hasta quedar vertical el eje de rotacin del giroscopio; en este

momento la resistencia cesa.

Ley de precesin seala: "Cuando un giroscopio se somete a una fuerza angular quetrate de desviar la direccin en que est su eje de rotacin, opone resistencia y su ejeprecede en direccin perpendicular a la fuerza aplicada, hasta colocar, por el ca

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Cartilla Instrumental Navegacion 2006 General