Omega (navigācijas sistēma)

[thumb|[Norvēģijas Omega raidītāja A atrašanās vieta NASA Worldwind lietojumprogrammā ar distancēm]]
thumb|Omega ļāva noteikt atrašanās vietu ar precizitāti ±2,2 km. Vēlākās radionavigācijas sistēmas bija precīzākas

**Omega** bija pirmā globāla mēroga radionavigācijas sistēma, kuru vadīja ASV sadarbībā ar sešām citām partnervalstīm. Tā bija hiperboliskā navigācijas sistēma, kas ļāva kuģiem un lidaparātiem noteikt to atrašanās vietas ar navigācijas uztvērēja aparatūru uztverot ļoti zemas frekvences (angļu: *very low frequency (VLF)*) radiosignālus diapazonā no 10 līdz 14 kHz, kurus pārraidīja globāls astoņu, fiksētu, cietzemes radiobāku tīkls. Tā sāka darboties ap 1971. gadu un tika izslēgta 1997. gadā, kad to nomainīja globālā pozicionēšanas sistēma.

## Darbības princips
thumb|Koncentriskie riņķi ap stacijām, kuros radiovilnim ir noteikta un viena un tā pati fāze. Attēlā uzrādīta tikai puse no hiperbolām, jo tādas šķērsos bāzes līniju arī pa vidu koncentriskajiem riņķiem, jeb attālumā λ/2 no riņķa līnijas. Lai arī šajos punktos fāze atšķirsies no tās, kas ir uz koncentriskā riņķa, fāžu starpība vienalga būs nulle
thumb|Omega stacijas Ziemeļdakotā, Libērijā un Norvēģijā ar hiperbolām
Radionavigācijas sistēma Omega bija fāzu hiperboliskā radionavigācijas sistēma, ar kuras palīdzību varēja noteikt kuģa atrašanās vietu jebkurā pasaules vietā. Sistēmas Omega sastāvā ietilpa astoņas krasta stacijas, kuras bija apzīmētas ar burtiem no A līdz H. Lai noteiktu kuģa atrašanās vietu jebkurā pasaules okeāna vietā, pietiktu ar sešām stacijām, divas palika papildus informācijai vai gadījumiem, kad kādas stacijas darbība bija jāpārtrauc, piemēram, remonta dēļ. Jebkurā Zemes punktā varēja uztvert četru staciju signālus un pēc tiem iegūt sešas pozīciju līnijas, kuras krustojās leņķī, ne mazākā par 60°.

Radionavigācijas sistēmā Omega visas stacijas strādāja ar vienu un to pašu frekvenci, bet noteiktā secībā. Kuģa uztvērējaparatūra mērīja pienākošo divu staciju radiosignālu fāzu starpību un pēc fāzu starpības noteica izolīniju - hiperbolu. Darbības princips bija līdzīgs Decca sistēmai.

Līniju, kas savienoja divas stacijas, sauca par bāzi, bet bāzes vidū novilktu perpendikulu par normāli. Uz normāles radioviļņi no abām stacijām fāžu salīdzinātājā pienāca vienādā fāzē un fāžu starpība bija nulle.

Divas viena pāra stacijas raidīja viena garuma λ, tātad arī vienas frekvences, radioviļņus. Vietas, kurās katras stacijas vilnis ir kādā noteiktā fāzē, norādītu koncentriski apļi ap šīm stacijām. Uz normāles abu staciju viļņi fāžu salīdzinātājā pienāca vienādā fāzē ar fāžu starpību Δφ = 0.

Sameklējot normālei tuvākos punktus, kuros atkal krustojās abu staciju radioviļņu noteiktās fāzes koncentriskie riņķi, un savienojot šos punktus ar līnijām, ieguva līnijas, uz kurām radioviļņi no abām stacijām pienāca ar vienādu fāžu starpību, šajā gadījumā nulli. Šādā veidā varēja iegūt daudzas līnijas abās pusēs normālei. Šīs līnijas bija fāžu starpības izolīnijas un pēc savas formas tās bija hiperbolas, tādēļ bieži šādas radionavigācijas sistēmas sauca par hiperboliskajām. Starp nulles hiperbolām fāžu starpība mainījās no 0 līdz 2π un šo starpu sauca par celiņu. Fāžu starpības lielumi atkārtojās katrā celiņā. Fāžu starpības izolīnijas bāzes līniju krustoja divas reizes biežāk nekā koncentriskie riņķi ar noteikto fāzi. Respektīvi uz bāzes līnijas celiņa platums bija puse no viļņa garuma. Tuvojoties kādai no stacijām hiperbolas aizvien vairāk izliecās un tālāk no bāzes līnijas attālums starp hiperbolām pieauga. Ja viļņa garums λ = 29,4 km, kas atbilda sistēmas darba bāzes frekvencei f0 = 10,2 kHz, celiņa platums uz bāzes līnijas bija:

\frac{\lambda }{2}=\frac{29,4 km}{2}=14,7 km=8 j.j.

Tātad ik pēc 8 j.j. atkārtojās fāžu starpības vērtības, radot tā saucamo daudznozīmību. Lai nekļūdītos celiņā, kuģa lagrēķina vietai bija jābūt ar kļūdu, ne lielāku par pusi no celiņa platuma, t.i., četrām jūras jūdzēm, kas ne vienmēr bija iespējams. Tādēļ radionavigācijas sistēmā Omega bija paredzēti platāki celiņi - zonas, kuras ieguva raidot radioviļņus ar citu frekvenci f1 = 13,6 kHz, un uztvērējindikatorā katrai stacijai tika iegūta starpības frekvence f1 - f0 = 13,6 kHz - 10,2 kHz = 3,4 kHz. Šādā veidā ieguva zonas platumu 44,1 km = 24 j.j. Salīdzinot celiņus 44,1 km : 14,7 km = 3, tātad zona ietvēra trīs precīzos celiņus un kuģa atrašanās vietas precizitātei bija jābūt 12 j.j., lai nekļūdītos zonā. Lai tomēr novērstu kļūdīšanos arī šajā gadījumā, tika veidotas platās zonas (72 j.j. uz bāzes līnijas) jeb deviņi precīzie celiņi raidot frekvencē f2 = 11,33 kHz un atkal izmantojot frekvenču starpību f2 - f0.

Lai radionavigācijas sistēmu Omega varētu izmantot arī aviācijā, frekvencē f3 = 11,05 kHz tika veidotas 286 j.j. platas zonas. Tātad radionavigācijas sistēma Omega raidīja radiosignālus vienlaicīgi četrās frekvencēs.

Omega jebkuras stacijas darbības rādiuss bija apmēram 10 000 km, bet parasti kuģa vietas noteikšanai izmantoja stacijas līdz 6 500 j.j. attālumā. Radionavigācijas sistēmas Omega izmantotie ultragarie radioviļņi (λ = 22 līdz 30 km) maz absorbējās atmosfēras zemajos slāņos un bija labi uztverami arī zem ūdens 10 līdz 30 metru dziļumā, tādēļ šo sistēmu labi varēja izmantot arī zemūdenes.

Signālus uz kuģiem uztvēra gan ar vienkāršiem uztvērējindikatoriem, gan ar automātiskajiem, kurus savienojot ar datoru, uzreiz varēja iegūt kuģa observētās vietas koordinātas. Izmantojot visas astoņas stacijas, varēja iegūt 28 pozīciju līnijas. Optimālos staciju pārus stūrmanis izvēlējās tā, lai to hiperbolas krustotos leņķī, kas pēc iespējas tuvāks taisnam leņķim.

## Vietas noteikšana uz Omega kartes
Omega kartes tīkliņš veidots līdzīgi Decca kartes tīkliņam. Kuģojot okeānā pārsvarā tika izmantotas kartes - planšetes (*plotting charts*) mērogā 1:2 000 000. Hiperbolas uz kartes uznestas katram staciju pārim savā krāsā. Uz hiperbolām bija minēti staciju pāra apzīmējumi un indikatora rādījumi veselos skaitļos - celiņi.

Uz maza mēroga kartēm celiņi parasti tika numurēti ik pēc trīs vienībām jeb uz kartes tika parādītas zonas. Pašiem celiņiem piešķīra trīsciparu pazīšanas numurus, kurus nolasīja no indikatora. Hiperbolai, kura sakrita ar bāzes normāli, tika piešķirts 900. numurs. Uztvērējaparatūras fāžu indikatori norādīja fāžu starpības līdz to simtajām daļām, kuras uz kartes atlika interpolācijas ceļā.

Ultragarie viļņi, izplatoties lielā attālumā, var saskarties ar izplatīšanās ātruma variācijām atmosfēras zemākajos slāņos. Radionavigācijas kartes ir sastādītas, ņemot vidējo radioviļņu izplatīšanās ātrumu 300 574,48 km/sek. Tomēr reālajos apstākļos šis ātrums var atšķirties līdz 0,3%. Tas atkarīgs no gadalaika un diennakts laika. Lai precīzāk varētu noteikt kuģa vietu, ņēma vērā korekcijas radioviļņu izplatīšanās ātrumam. Šādām korekcijām Zemes virsma bija sadalīta 26 rajonos un katram rajonam sastādītas korekciju tabulas (*Omega propagation correction tables*). Argumenti korekcijas atrašanai tabulās bija kuģa lagrēķina vieta (vajadzīgā rajona atrašanai), datums un Griničas laiks.

Tabulās korekcijas bija dotas fāžu cikla simtdaļās. Pašas tabulas periodiski korektēja. Korekciju simtdaļās, ar noteiktu zīmi, vispirms atrada katrai stacijai atsevišķi, dotajam datumam un Griničas laikam (pilnām stundām abpus observācijas veikšanas laika momentam). Pēc tam ieguva korekcijas staciju pāriem, kuras veidojās no staciju korekciju starpības. Staciju pāra A - B korekcija ΔA-B = ΔA - ΔB, pārim B - D korekcija ΔB-D = ΔB - ΔD utt. Nākamais solis bija interpolācijas ceļā atrast katram staciju pārim korekciju observācijas veikšanas laika brīdim. Visbeidzot izmērītajai fāžu starpībai pieskaitīja korekciju un dabūja izlaboto fāžu starpību, ko atlika uz kartes.

## Vietas noteikšana ar Omega tabulām
Lai varētu noteikt kuģa vietu ar radionavigācijas sistēmu Omega arī bez speciālām radionavigācijas kartēm, tika sastādītas tabulas. Līdzīgas tabulas bija pieejamas arī radionavigācijas sistēmai Loran C. Tabulas bija sastādītas iepriekš minētajiem 26 Zemes rajoniem, katrā rajonā no četrām līdz sešām tabulām. Vienas tabulas bija derīgas tikai vienam staciju pārim. Visas darbības ar korekcijām bija tādas pašas kā atliekot uz kartes, tas ir, bija jādabū izlaboto fāžu starpību Tizl.

Tabulas izmantoja, lai iegūtu taisnas pozīciju līnijas, kuras pēc tam atlika uz pārgājiena kartes. No tabulām izvēlējās mazāko, pilno fāžu starpību attiecīgajam pārim, kura pēc savas vērtības bija tuvākā izlabotajai fāžu starpībai. Kā otru argumentu ņēma tabulā grādos doto platumu vai garumu (atkarībā no tā, kurš no tiem – garums vai platums – tabulās attiecīgajam pārim bija dots) abpus lagrēķina vietas. Tabulās katram pilnajam platuma vai garuma grādu skaitam, bija dotas precīzas, līdz minūšu desmitdaļām lielas, garuma vai platuma koordinātas, kādās pilno grādu skaita paralēli vai meridiānu šķērsoja attiecīgā pilnā fāžu starpības izolīnija. Bija dots arī parametrs Δ, kurš norādīja minūšu desmitdaļas pa pilno platuma vai garuma grādu paralēli vai meridiānu starp interesējošo un nākamo pilno fāžu starpības izolīniju.

Atņemot tuvākās, mazākās, pilnās tabulā dotās fāžu starpības vērtību no izlabotās fāžu starpības vērtības un pareizinot iegūto lielumu ar parametru Δ, ieguva precīzās, līdz minūšu desmitdaļām lielās, garuma vai platuma koordinātas labojumu, kuru pieskaitot tabulās dotajai vērtībai, ieguva precīzo, līdz minūšu desmitdaļām lielo, garuma vai platuma koordinātu, kādā izlabotā fāžu starpības izobāta šķērsoja pilno platuma vai garuma grādu skaita paralēli vai meridiānu. Tātad, ja tabulā pilnos grādos bija dots platums, garumu aprēķināja sekojoši: λ = λtab + Δ (Tizl – Ttab). Bet, ja tabulā pilnos grādos bija dots garums, platumu aprēķināja šādi: φ = φtab + Δ (Tizl – Ttab).

Tādā veidā ieguva divus koordinātu pārus, kuros viena no koordinātām bija pilno platuma vai garuma grādu paralēle vai meridiāns abpus lagrēķina vietai. Divi koordinātu pāri deva iespēju uz kartes novilkt vienu pozīciju līniju. Līdzīgi rīkojās ar otru vai trešo pieejamo staciju pāri un ieguva otro vai trešo pozīciju līniju, kuru krustpunktā atradās kuģa observētā vieta.

## Precizitāte
Kļūdas, kuras radās radionavigācijas sistēmā Omega, bija līdzīgas kļūdām radionavigācijas sistēmā Loran C. Lielu iespaidu uz precizitāti atstāja radioviļņu patiesā ātruma neatbilstība tam, pēc kura sastādīts radionavigācijas kartes hiperbolu tīkliņš vai tabulas un 8 000 līdz 9 000 km attālumā no stacijām, kļūda kuģa observētajā vietā varēja sasniegt 6 līdz 7 jūras jūdzes. Daļēji šī kļūda tika kompensēta lietojot Omega korekciju tabulas.

Eksperimentāli noteikts, ka rajonā ar rādiusu apmēram 200 līdz 250 jūras jūdzes, sistemātiskās kļūdas radioviļņu izplatīšanās ātruma dēļ ir apmēram vienādas visa rajona robežās. Lai paaugstinātu observāciju precizitāti, krastā novietoja kontroles stacijas. Šajās stacijās salīdzināja pienākošos signālus ar aprēķinātajiem, kādiem būtu jāpienāk, un korekcijas ar radio palīdzību izziņoja kuģiem. Šāda sistēma tika saukta par diferencēto Omega un, jo tuvāk kuģis atradās kontroles stacijai, jo vairāk sakrita korekcija, kādu deva kontroles stacija, ar vajadzīgo un kuģa observētā vieta bija precīzāka.

50 jūras jūdžu attālumā no kontroles stacijas kļūda observētajā vietā bija ap 0,3 jūras jūdzēm, 100 līdz 200 jūras jūdžu attālumā kļūda sasniedza 0,5 jūras jūdzes, 300 jūras jūdžu attālumā kļūda observētajā vietā tuvojās vienai jūras jūdzei. Tomēr, lai nodrošinātu tādu precizitāti, bija nepieciešamas daudzas kontroles stacijas. 1993. gadā pasaulē bija 16 diferencētās Omega stacijas.

## Atsauces

## Ārējās saites

* 1969. gada ASV Jūras kara flotes mācību filma par Omega navigācijas sistēmu 
* Džerija Proka VE3FAB raksts par Omega sistēmu