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Ayudas a la navegación

Ayudas radioeléctricas

Las ayudas radioeléctricas a la navegación surgieron como una aplicación de las ondas de radio a la determinación de la posición de los barcos en la mar ya que la utilización de las ayudas visuales dependía de las condiciones atmosféricas. Sin embargo esta circunstancia no afectaba a las ondas de radio que tenían también la ventaja de permitir determinar la posición del barco de manera más rápida y sobre todo con mayor exactitud, lo que permitía una navegación más segura.

Las ayudas radioeléctricas han evolucionado enormemente y se han convertido en las ayudas del futuro al no depender de las condiciones atmosféricas y alcanzar grandes distancias, algunas de ellas incluso todo el globo. Toda vez que muchos de los faros que están en funcionamiento, en la actualidad, disponen de alguno de estos sistemas radioeléctricos.

Al igual que las ayudas visuales, este otro tipo de ayudas son externas al barco que debe contar a bordo con los equipos necesarios para poder usarlas.

Entre las ayudas radioeléctricas mas utilizadas se encuentran los radiofaros, racones, intensificadores de blanco de radar (RTE), dispositivos de control de tráfico de buques (VTS), sistemas de navegación hiperbólicos y sistemas de navegación basados en satélites.


RADIOFAROS

Al igual que sucede con las ayudas visuales, los radiofaros permiten a los barcos tomar demoras a ellos mediante el radiogoniómetro y determinar su posición por la intersección de dos o más demoras. El radiogoniómetro se basa en la propiedad que tienen las antenas de cuadro o direccionales de que su voltaje de salida es máximo cuando están orientadas en la dirección de procedencia de la señal de radio.

La emisión de los radiofaros puede ser a intervalos o de modo continuo e incluye su identificación en código Morse. En general los radiofaros son omnidireccionales pero también existen los direccionales, cuya utilidad es análoga a la de las enfilaciones o las luces direccionales.

Radiofaros circulares: estaciones transmisoras de código morse, que emiten en todas direcciones una señal determinada, con frecuencia fija. Trabajan en grupos, y cada grupo tiene una señal distinta e idéntica frecuencia. Son útiles para alcances de hasta 50 millas, y en condiciones meteorológicas adversas.

Radiofaros direccionales: constan de dos antenas, y la conjunción de las dos señales emitidas permite caracterizar la enfilación marcada. En la enfilación se recibe una serie de puntos de igual duración e intensidad. En las inmediaciones de la enfilación, varía el patrón de intensidad de los puntos, y al alejarse de la enfilación, varía el período de los puntos. Esto permite al navegante corregir su posición.

Se utilizan básicamente para marcar la entrada a puertos, rías o bahías, o para marcar rutas en mar abierto.


NAVEGACIÓN HIPERBÓLICA

Está basada en medir la diferencia de tiempo de recepción entre dos señales enviadas simultáneamente desde distintas estaciones. Todos los lugares con la misma diferencia de tiempo están situados en un par de curvas hiperbólicas con las estaciones en sus focos. La señal retrasada muestra en qué curva está situado el barco. una nueva medición con todas dos estaciones da una curva similar, y la intersección de estas dos curvas es la posición del barco, su latitud y longitud están indicadas directamente por un instrumento "navegante" y se puede obtener, como las distancias y el rumbo.

RADAR 

Su nombre proviene de las siglas de su denominación en inglés (Radio Detecting and Banging), es un sistema basado en un emisor/receptor de microondas que, con una antena rotatoria, emite en todas direcciones pulsos potentes concentrados en un haz estrecho y recibe los ecos de sus propios pulsos sobre los obstáculos circundantes: masas continentales, buques, boyas, etc. Las señales reflejadas aparecen en una pantalla que permite al navegante ver el perfil de la costa con sus puntos más singulares y los objetos que le rodean, con lo cual puede evitar posibles colisiones.

El equipo de radar que llevan los barcos a bordo no constituye una ayuda a la navegación en el sentido que aquí se emplea pero sí lo es el denominado reflector activo de radar o RACON (RAdar beaCON), un receptor/transmisor vinculado a una ayuda de otro tipo, que trabaja en las bandas de frecuencias del radar marino. 

RACON

El RACON es un reflector de radar activo que lleva un receptor y un transmisor. Se recibe un impulso de radar, se da una señal en código morse y se enviaa la fuente de radar. La pantalla de este último muestra una señal en morse junto al eco real, que verifica la identificación. Los RACON están indicados en las cartas naúticas.


SISTEMAS GPS Y DGPS

El sistema NAVSTAR-GPS, habitualmente denominado GPS, está basado en una constelación de 24 satélites, más 3 de repuesto, que giran alrededor de la tierra a 20.180km de altura, en seis órbitas prácticamente circulares inclinadas 55º respecto al eje de aquélla y con un período de rotación de 11 horas y 58 minutos.

Está controlado continuamente, desde estaciones en tierra, por el Departamento de Defensa de EE.UU., de modo que la situación de los satélites es perfectamente conocida en cada momento y corregida cuando es necesario.

En cualquier lugar del mundo un usuario puede determinar su posición geográfica en tres dimensiones con gran exactitud durante las 24 horas del día, independientemente de las condiciones meteorológicas, mediante el cálculo de las distancias entre la antena del receptor y los satélites que tenga a la vista, por lo cual, en principio, con tres satélites es suficiente para obtener las coordenadas (x, y, z) ya que de los dos puntos teóricamente posibles uno es absurdo.

Sin embargo, como dicho cálculo se basa en la medición del tiempo que tarda en llegar al receptor la señal de cada satélite, las distancias así determinadas se ven afectadas por el error de sincronización entre el transmisor y el receptor, motivo por el que se denominan pseudodistancias.

La sincronización de los satélites entre sí se resuelve disponiendo en ellos relojes atómicos de gran precisión y coste elevado pero los de los receptores, de precio muy asequible, no son de tanta calidad, lo que da lugar al error mencionado.

Para eliminarlo se realiza la medición de la distancia a un cuarto satélite, que permite plantear y resolver un sistema de cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas: x, y, g y t. 

Así pues, para que un usuario pueda determinar su posición en un instante dado es necesario que tenga sobre el horizonte un mínimo de cuatro satélites.

El GPS proporciona las coordenadas de la posición del usuario referidas al sistema WGS-84 (World Geodetic System 1984), la hora del sistema es casi igual a la UTC(Universal Time Coordinated) y el problema fundamental que presenta es su falta de integridad, lo que da lugar a que el conocimiento de un mal funcionamiento del sistema tarde en llegar varios minutos o incluso algunas horas. 

Sus aplicaciones son muy numerosas y aumentan continuamente: posicionamiento y localización de móviles en tierra, mar y aire, topografía e hidrografía, obras civiles, agricultura, etc.

Los principales errores que se producen y que influyen en la exactitud final con que se puede determinar la posición a partir de la señal GPS son los derivados de:

los relojes de los satélites y la desviación de la órbita, que han de solucionarse desde el control de tierra.

la transmisión de las señales a través de la ionosfera, que se resuelven casi por completo teniendo en cuenta que la pérdida de velocidad de las ondas de radio a través de aquélla es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia empleada.

la transmisión de las señales a través de la troposfera , casi imposibles de corregir.

los ruidos de los receptores, que dependen de la calidad de éstos.

el efecto multitrayectoria, ocasionado por las reflexiones sobre determinados obstáculos de las señales de los satélites antes de llegar al receptor, efecto que debe evitarse mediante los estudios apropiados.

la incertidumbre geométrica , debida a la posición relativa de los satélites empleados para la determinación de la posición, que se minimiza mediante la selección de los satélites más adecuados en cada ocasión.

Con el fin de paliar los inconvenientes derivados de los errores enumerados en el sistema GPS y conseguir una exactitud e integridad mejoradas, se puso a punto el sistema diferencial denominado DGPS (Differential GPS). Basado en las señales del GPS y con estaciones de referencia en tierra cuya posición es conocida, calcula y transmite las correcciones que los usuarios han de aplicar a los datos GPS para obtener una posición más exacta dentro de la zona cubierta por las emisoras.

El fundamento del sistema consiste en que la estación de referencia determina su posición a partir de las señales GPS y, comparándola con su posición conocida, calcula las diferencias o correcciones que deben aplicarse a los resultados obtenidos a partir de los satélites para que ambas posiciones coincidan. Estas correcciones son las que se transmiten a los usuarios del sistema, cuyos equipos DGPS las introducen en sus cálculos para determinar la posición.

Esta forma de operar es válida si la estación de referencia y el usuario están a unos pocos centenares de kilómetros pues las señales GPS que llegan a ambos, dada la enorme distancia a la que se encuentran los satélites, habrán atravesado zonas del espacio con unas características prácticamente idénticas y así serán también los errores que contienen. Por esta razón, las correcciones pueden aplicarse justificadamente en todo el radio de acción de los radiofaros marítimos (como máximo 200 millas náuticas) que son, como ya se ha dicho, los que transmiten a los barcos las correcciones calculadas por la estación de referencia. 

Esta limitación en el alcance hace que a este tipo de sistema de posicionamiento se le llame de cobertura local o reducida.

Las ventajas del DGPS frente al GPS son una integridad del orden de pocos minutos y una exactitud en la posición mejor de l0m (2dRMS), que llega en muchos casos a 2 ó 3m para móviles y aún menos en situación estacionaria.


SISTEMA GALILEO

La Unión Europea tiene previsto implantar, en un futuro no muy lejano, un nuevo sistema de navegación por satélite con cobertura mundial denominado GALILEO, similar a los GPS y GLONASS existentes, el cual, mediante su constelación propia, integrada por un mínimo de 20 satélites en órbitas a unos 20.000 km de altura, permitirá disponer de un sistema con tecnología y bajo control civil europeos.

En cuanto a prestaciones, proporcionará una exactitud entre 5 y l0 m con una integridad de la que carecen los actuales sistemas en uso. 

Los niveles de servicio serán tres: Básico, libre de cargo, indicado para aplicaciones de tipo general.

Acceso restringido, sujeto a pago, para usos comerciales y profesionales que necesiten mejores prestaciones y garantía del servicio.

Acceso muy restringido , sujeto a pago, con prestaciones de alto nivel para usos que, por razones de seguridad, no deban sufrir interrupciones o interferencias.

El desarrollo de este sistema, actualmente, se encuentra en la fase de proyecto, dentro de la cual deberán definirse con precisión tanto sus características como las prestaciones que ofrecerá al usuario. El despliegue de los satélites está previsto para el 2008.




Fuente: Guia Multimedia de los Faros de España. Puertos del Estado. Ministerio de Fomento







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