L’OMEGA

L’OMEGA est un système de radionavigation utilisant les ondes radioélectriques à très basse fréquence (VLF) fonctionnant dans la bande de fréquences allouée au plan international comprise entre 10 et 14 kHz. Il est capable de fournir un service de navigation tous temps à travers le monde avec un ensemble d’émetteurs de huit stations. Le système était utilisable à des fins de navigation par les navires, les aéronefs et les véhicules terrestres. De plus, étant donné que les transmissions étaient contrôlées par des étalons de fréquence atomiques, les signaux pouvaient être utiles pour synchroniser précisément des étalons de fréquence moins précis. Son utilisation a également été envisagée pour la diffusion du TU.

Historique

John Alvin Pierce, le “père d’OMEGA”, a proposé pour la première fois l’utilisation de la commutation d’onde continue de signaux VLF à des fins de navigation dans les années 1940. Travaillant au Laboratory Of Radiation / Massachusetts Institute of Technology, il a prouvé la viabilité de la mesure du déphasage des signaux radioélectriques pour élaborer une méthode de localisation. Pierce a appelé à l’origine ce système RADUX. Après avoir expérimenté différentes fréquences, il a opté pour une transmission à 10 kHz à phase stable dans les années 1950. En pensant que cette fréquence représentait l’extrémité du spectre radioélectrique, Pierce a surnommé la transmission “OMEGA” comme la dernière lettre de l’alphabet grec.

John Alvin Pierce

RADUX-OMEGA a démontré les possibilités de propagation à très basse fréquence, mais des erreurs d’ambiguïté étaient à craindre si une seule fréquence était utilisée.
Dans les années 50, deux nouveaux facteurs sont apparus: le système de navigation par inertie (INS) et la forte augmentation de la fiabilité des systèmes électroniques à la suite de l’introduction du transistor. L’INS n’était pas encore précis, en particulier sur les navires, où il devait fonctionner sans correction pendant des jours, mais il pouvait certainement pallier de courtes pertes de signal OMEGA et résoudre tout dérapage de cycle éventuel.
Le développement d’un système à une seule fréquence commençait à sembler réalisable. La fréquence de 40 kHz de RADUX a été abandonnée et un nouveau système utilisant des émetteurs en Californie et à Hawaii a été mis en place, transmettant à 12,5 kHz.
De bons résultats ont été obtenus et deux autres émetteurs ont été ajoutés, à Panama, et à la station postale de Criggion, dans le nord du Pays de Galles.

L’idée d’une aide navale fonctionnant à basse fréquence prenait forme. En 1963, un comité de mise en œuvre de l’OMEGA (OIC) a été formé, présidé par le professeur Pierce. Il a été chargé de concevoir les spécifications de ce nouveau moyen de radionavigation, et, sur la base des expériences – choix des fréquences, emplacement des émetteurs, niveaux de puissance, etc.
À l’origine, il avait été calculé de chaque émetteur s’avérerait plus que suffisant pour une bonne réception. En raison du coût élevé de la construction d’antennes VLF (les tours d’antenne OMEGA mesuraient plus de 1200 pieds), les premières transmissions expérimentales furent en réalité des stations de communication VLF existantes, modifiées pour les transmissions OMEGA. Ce comité a toujours toujours nié par la suite que les travaux de DECCA sur le DELRAC, divulgués neuf ans plus tôt, aient eu une incidence sur leurs choix.

Plus de 31 sites émetteurs possibles ont été envisagés… Finalement, huit emplacements ont été choisis en tant que stations d’émission permanentes :

  1. La station de Bratland, en Norvège,
  2. Paynesville, Libéria
  3. Kaneohe, Hawaii, États-Unis
  4. La Moure, Dakota du Nord, États-Unis
  5. Plaine Chabrier, La Réunion, France (océan Indien)
  6. Golfo Nuevo, Chubut, Argentine
  7. Woodside, Victoria, Australie
  8. Shushi-Wan, sur l’île de Tsushima, au Japon,

En 1968, la US Navy a autorisé la mise en œuvre à grande échelle du système OMEGA sur la base du rapport de l’OCI.
La responsabilité de l’opération a été transférée de la US Navy aux Coasts Guards en 1971.
Les Coasts Guards ont créé un nouveau commandement, le ONSOD (Omega Navigation System Operations Detail), destiné à faire fonctionner le système. Le contrôle ONSOD de la synchronisation du système a été perfectionné, tandis que le bureau projet de la marine a achevé la construction des stations.

Des accords bilatéraux séparés ont été négociés entre les États-Unis et les six pays partenaires. ONSOD (OMEGA Navigation System Operations Detail), qui est devenu plus tard le Centre des systèmes de navigation OMEGA (ONCEN), a été nommé commandant des opérations (OPCON), chaque pays partenaire conservant la responsabilité du contrôle administratif (ADCON). Les États-Unis possédant et entretenant tous les équipements liés à OMEGA dans chaque station. Le pays hôte fournissant du personnel, les fonds et divers soutiens autres qu’OMEGA à la station.

La mise en place de huit stations s’est achevée en 1983. OMEGA a été utilisé par de nombreuses compagnies aériennes effectuant des liaisons aériennes à longue distance, ainsi que par les forces militaires. Vers la fin de son cycle de vie, le système OMEGA a été mis à hauteur avec de nouveaux équipements de monitoring et étalons de temps; Paynesville (Libéria) est la dernière station à avoir été modernisée au printemps 1996. L’équipement d’origine ayant été conçu dans les années 1960, certains composants critiques étant devenus obsolètes et ne pouvant plus être achetés pour la maintenance. L’arrêt du service opérationnel étant défini en 2005, ce programme de mise à niveau a dû être exécuté pour que le système continue de fonctionner pleinement et de manière fiable jusqu’à ce terme.

Cas de la France

La France du Général de Gaulle s’est intéressée très tôt au système OMEGA, en signant dès 1966 un accord avec les États-Unis pour l’étude et la construction d’une station OMEGA sur l’île de la Réunion.
Les raisons de l’intérêt français pour ce projet étaient multiples. La Marine nationale, qui avait accédé à des essais démontrant, les qualités du système – précision, stabilité et simplicité d’exploitation des récepteurs, convoitait la couverture de zones où les aides à la navigation étaient rares comme l’océan indien. Elle pensait qu’une contribution au système, via l’implantation d’une station sur le territoire français, offrirait de meilleures garanties techniques, industrielles et commerciales pour nos usagers civils et surtout militaires. L’avenir du système, en matière d’usages civils, était cependant très incertain comparativement à d’autres systèmes d’aide à la navigation à longue portée (Inertie et satellites) dont les recherches en cours étaient très prometteuses.

Il s’agissait donc, en 1966, d’une décision éminemment politique et stratégique, l’OMEGA, pouvant être utile aux sous-marins stratégiques de la force de dissuasion nucléaire alors en construction. C’est pourquoi, dès 1966, la Direction des Moyens d’Essais (D.R.M.E.) sollicita la société française SERCEL,  pour développer des récepteurs répondant aux besoins des Armées et notamment de la Marine Nationale. Les premiers terminaux OMEGA ont été construits en 1970. La société CROUZET (à Valence) a également développé à la fin des années 1970 des récepteurs OMEGA adaptés à la navigation aérienne civile, en collaboration et en accord technique et commercial avec la SERCEL. Nombre de terminaux de ce type ont été utilisés par des compagnies européennes, notamment la compagnie U.T.A. pour ses liaisons avec l’Afrique, ce continent étant alors dépourvu de tout moyen de Radionavigation.

De fait, la France a été, après les États-Unis, le pays qui a le plus utilisé le système. Tous les sous-marins français avaient à leur bord un récepteur OMEGA, les avions du COTAM destinés aux vols à très longue distance en étaient également équipés.

Du côté américain, la politique de l’US Navy était de partager les frais avec chacun des pays d’accueil des stations, afin de délocaliser la technologie et d’éviter les coûts et les difficultés entraînés par l’implantation d’une présence militaire permanente sur un sol étranger. Dans ce contexte, les États-Unis soulignaient les possibilités d’usage civil, maritime ou aéronautique, du système OMEGA.

L’antenne OMEGA Française fut implantée sur l’île de la Réunion (océan Indien) au lieu-dit “la plaine Chabrier”, sur la commune de Saint-Paul. La superficie occupée était de 170 hectares.
Sa hauteur était de 427 mètres. Construite en 1974, elle fut mise en service en 1976.
La station cessa d’émettre en septembre 1997; elle fut démantelée le 18 avril 1999.

Principe de l’OMEGA

Caractéristiques des émetteurs OMEGA

Implantation mondiale des 8 stations d’émission OMEGA

La carte, ci-dessus, indique l’implantation des stations émettrices OMEGA dont les caractéristiques sont les suivantes :

Caractéristiques principales des émetteurs OMEGA

Les fréquences utilisées par les émetteurs OMEGA sont :

  • 10,2 kHz
  • 11,05 kHz
  • 11,33… kHz
  • 13,6 kHz

Leur puissance rayonnée est de 10 kW (excepté pour Woodside). La puissance fournie par les émetteurs dépend du rendement des antennes employées et de leur environnement.

En plus de ces fréquences, chaque station se voit attribuer une fréquence unique permettant leur identification :

  • A (Norvège) : 12,1 kHz
  • B (Liberia) : 12,0 kHz
  • C (Hawaï) : 11,8 kHz
  • D (USA) : 13,1 kHz
  • E (France) : 12,3 kHz
  • F (Argentine) : 12,9 kHz
  • G (Australie) : 13,0 kHz
  • H (Japon) : 12,8 kHz

Chaque station émet successivement ces fréquences dans l’ordre indiqué ci-dessous :

La synchronisation des émetteurs OMEGA

Les séquences de 10 secondes (ci-dessus) sont rigoureusement émises au même instant (t0), quel que soit la station émettrice. Dans la dernière évolution de l’OMEGA, La synchronisation était assurée par des horloges au césium.
En plus de la synchronisation des trains d’émission, la phase de toutes les stations était également asservie sur le même étalon de temps.

Le standard de temps OMEGA a été synchronisé sur le temps GMT le 1 janvier 1972 à 00:00: h. A cet instant il était en coïncidence avec le temps UTC. Pour rester en synchronisme avec la rotation de la terres le temps UTC est occasionnellement décalé de 1 seconde (Leap second); par contre le temps OMEGA n’est pas ajusté de cette manière (le premier juillet 1983 le temps OMEGA avait 12 secondes de décalage sur le temps UTC).

Propagation des ondes

Le système OMEGA dépend de la stabilité de phase inhérente des ondes radioélectriques VLF (Very Low Frequecy). Ces ondes se déplacent dans un guide d’onde formé par la surface de la Terre et la couche E (la nuit) ou D (le jour) de l’ionosphère. Si la hauteur de l’ionosphère au-dessus de la surface de la Terre restait stable et que la surface de la Terre était uniformément conductrice, la vitesse et la propagation de phase des ondes radioélectriques VLF resteraient constantes et donc très prévisibles. Mais ce n’est pas le cas. La hauteur de l’ionosphère varie en raison d’un certain nombre de phénomènes, dont certains sont prévisibles (et donc facilement compensables) et d’autres imprévisibles (provoquant des erreurs de position aléatoires). De plus les ondes VLF peuvent emprunter soit un trajet direct en suivant la surface terrestre (on appelle ce trajet “onde de sol”), soit un trajet par rebonds sur les couches de l’ionosphère (dans ce cas le trajet est nommé “onde de ciel”).

Propagation des VLF

Les phénomènes prévisibles, tels que la transition jour/nuit, les anomalies magnétiques, la conductivité du sol et les zones aurorales, sont pris en compte dans les tableaux de correction de propagation (PPC).

D’autres phénomènes sont soudains et imprévisibles : ils ne peuvent pas être pris en compte dans les PPC. Brouillage, saut de couche ionosphérique, aurores boréales sont des exemples d’irrégularités imprévisibles dans la propagation du signal OMEGA et pouvant provoquer des erreurs de position de 8 NM.

Afin d’établir des PPC aussi précises que possible, des stations de monitoring collectent la phase des signaux OMEGA avec des récepteurs en position fixe. Ce programme évalue la couverture, la précision et le brouillage modal des signaux régionaux OMEGA. Au fur et à mesure que chaque grande région océanique est validée, un rapport du fonctionnement des systèmes dans cette zone est émis.

Position des stations de monitoring OMEGA

Principe de la navigation hyperbolique avec l’OMEGA

Définition d’une hyperbole

La navigation hyperbolique s’appuie sur les propriétés mathématiques des hyperboles bifocales.
L’hyperbole est le lieu géométrique des points dont la différence des distances aux deux foyers est constante“.

Soit M et P deux émetteurs situées dans un même plan.

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Soit d=MP, la distance de M à P

L’ensemble des points S du plan tels que⎟MS - PS= a ( a étant un réel) représente une hyperbole pour a < d.

Application des hyperboles à la navigation OMEGA

Par conséquent, quelles que soient les coordonnées du point S et pour a constant, l’opérateur sait que le point de station se situe sur une seule et même hyperbole parmi toutes celles possibles entre les deux émetteurs.
La ligne droite reliant les deux émetteurs est appelée “Ligne de base“.
Lors des émissions de M et P un réseau d’ondes progressives déterminent un ensemble d’hyperboles.

La figure ci-dessous montre que ces ondes se croisent (Voir note 1) à intervalles réguliers correspondant à la moitié de la longueur d’onde, soit environ 14,7 km ou 8 NM  sur la ligne de base (la mesure de base OMEGA s’effectue sur 10,2 kHz).

Note 1 : les ondes émises rayonnent de manière omnidirectionnelle à partir de l’antenne de leur émetteur.  Leur propagation sur la ligne reliant les deux émetteurs se fait en sens contraire l’une de l’autre.

Ce croisement des ondes émises par ces deux émetteurs détermine un réseau d’hyperboles. Sur chaque croisement d’une longueur d’onde le déphasage entre les deux signaux reçus est nul, les zones situées entre deux hyperboles sont appelées “Voies OMEGA” (tracées en vert).
On notera que plus on s’éloigne de la lige de base, plus la largeur de voie OMEGA augmente.

Note 2 : si le mobile se déplace de manière à garder un déphasage constant entre les signaux reçus, le chemin décrit est aussi une hyperbole appelées alors “LOP“.

Note 3 : plus le mobile s’éloigne de l’émetteur reçu, plus la phase “cumulative” augmente. C’est ce nombre de cycles entiers qui représente le nombre de voies séparant le mobile de l’émetteur reçu.

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Si les deux émetteurs (M & P) émettent chacun un signal (porteuse pure), parfaitement synchronisés en phase (déphasage relatif à t0 = 0°), le récepteur situé en S recevra les signaux des 2 émetteurs avec un décalage de phase dépendant de sa position  relative aux deux émetteurs. Le seul endroit géométrique ou le déphasage est nul sera lorsque l’antenne de réception se trouvera sur une distance multiple de la 1/2 longueur d’onde pour chaque émetteur respectivement.

Exemple : soit un mobile S' situé au début d’une voie OMEGA et se déplaçant dans le sens \overrightarrow{PM}. Au début, le déphasage entre les deux signaux est de 0°. Au milieu de la voie OMEGA le signal bleu sera reçu avec un déphasage de \frac{\pi}{2} (par rapport à sa réception au début de la voie) tandis que le signal noir sera reçu avec un déphasage de -\frac{\pi}{2}, ce qui donnera un déphasage de 180° entre les deux signaux. À la fin de la voie OMEGA (en progressant vers vers M) le déphasage sera de \pi pour le signal bleu et -\pi pour le signal noir. Le déphasage entre les deux signaux sera donc de 2\pi, soit 360° ou 0°. À cet instant le mobile change de voie.

(le signal de chaque émetteur est représenté ci-dessous par une courbe noire et une autre bleue).

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En tout point de la zone de couverture un mobile S peut mesurer le déphasage entre les deux signaux reçus.
Le mobile peut en conclure que : \frac{MS}{c} - \frac{PS}{c} = \varphi + kT

avec

k est un entier = différence du nb. de cycles reçus lors de la réception des signaux émis par les deux stations (inconnu de l’opérateur).
T la période du signal après réception et traitement,
c la vitesse de la lumière (3.10^8 m/s)
\varphi le déphasage entre les deux signaux reçus.

Le mobile peut évaluer la distance \vert MS - PS \vert = c\varphi+kTc

Ensemble de radionavigation OMEGA aéronautique

La distance entre les deux stations émettrices étant très supérieure à la longueur d’onde du signal émis (\lambda \approx 29,4 km) pour une fréquence de 10,2 kHz, la mesure du déphasage entre les signaux des deux stations est ambigu : il existe, dans le réseau d’hyperboles plusieurs points satisfaisant la relation \frac{MS}{c} - \frac{PS}{c} = d + kT situés sur des voies OMEGA différentes , c’est l’entier k qui détermine la voie OMEGA dans laquelle se trouve le mobile (et donc sa LOP).
Or le mobile (S) ne peut déterminer k à priori. La navigation avec l’OMEGA nécessite de connaître ses coordonnées de départ et de suivre à intervalles réguliers sa progression. Ainsi le mobile connait k dès son départ et les intervalles sont suffisamment rapprochés pour déduire en permanence  l’entier.

Chaque position signalée par un déphasage = 0° indiquera au mobile qu’il change de voie OMEGA. Ce passage sera ainsi soigneusement mémorisé pour connaître la voie OMEGA dans laquelle se trouve le mobile récepteur. Le sens de la variation indiquant dans quel sens on change de voie (de 1 à 359° ou l’inverse).
Cette difficulté est inhérente à tous les systèmes de navigation hyperboliques.

Pour éviter les calculs fastidieux, des cartes spéciales sur lesquelles étaient tracées les hyperboles permettaient de matérialiser les voies OMEGA. Les voies délimitées par ces lignes étaient numérotées pour plus de commodité.
Les récepteurs OMEGA affichaient le déphasage mesuré dans une voie non pas en degrés mais en pourcentages de la largeur de voie, une voie mesurant 100 centièmes de cycles ou CEC (centicycles) de largeur. Lorsque la valeur du déphasage mesuré atteignait à 0° ou 0 CEC, le mobile était en train de changer de voie.

Afin d’éviter que les émetteurs OMEGA travaillant sur la même fréquence (10,2 kHz) ne créent un réseau d’interférences, ils n’émettent jamais sur la même fréquence au même instant (voir le graphe des fréquences d’émission). Les récepteurs OMEGA doivent donc mémoriser exactement la phase du premier émetteur en attendant que le second émette à son tour pour mesurer le déphasage. Les récepteurs sont construits pour permettre cette mise en mémoire.

Calcul de la position du mobile

Nous avons vu précédemment que la largeur de voie OMEGA était déterminée par les lieux où le déphasage entre les signaux reçus de deux émetteurs était nul, c’est à dire sur chaque phase entière de signal reçu. À l’intérieur d’une voie OMEGA, le déphasage entre signaux reçus varie de 0 à 360° selon la position du mobile.
Par conséquent, une fois le déphasage mesuré, il suffit à l’opérateur de reporter la mesure sur la carte en effectuant une règle de trois entre les deux hyperboles, sachant qu’il a rigoureusement mémorisé le nombre de voies franchies lors du parcours. Cette première mesure permet de déterminer la LOP du mobile (pour cette paire d’émetteurs).

Connaitre une hyperbole sur laquelle le mobile se trouve n’est pas suffisant pour déterminer le point de station (la position). Il est donc nécessaire d’effectuer la même mesure avec un troisième émetteur OMEGA. Le principe de la mesure avec ce troisième émetteur est rigoureusement identique à celui décrit précédemment.
L’animation ci-contre montre ce principe (Animation Wikipedia). Il est même possible, si la propagation et la position le permettent, d’effectuer un calcul supplémentaire avec une troisième paire d’émetteurs.

En possession du nombre de voies OMEGA franchies et des déphasages entre les deux limites de voie pour chaque paire d’émetteurs, l’opérateur est à-même de déterminer la position du mobile par recoupement.

Méthodes d’élimination de l’ambiguïté

La détermination de la voie OMEGA est importante car la phase cumulative du signal OMEGA en un point quelconque du trajet de propagation est un nombre entier de cycles (voies) plus une fraction de cycle. Le récepteur ne peut donc mesurer que la fraction d’un cycle.
En d’autres termes, la phase varie de 0 à 360° (2\pi \: rad) dans chaque voie. Un récepteur placé arbitrairement dans la zone de couverture du signal indiquera la phase dans une voie. Par conséquent, sans connaître le nombre de voies, il est impossible de déterminer l’emplacement du récepteur sur la terre. Il est nécessaire de déterminer le nombre de voies (nombre de cycles entiers) afin de pouvoir déterminer la distance totale entre l’émetteur et le récepteur.
Il existe trois méthodes de base pour déterminer le nombre de voies et la position approximative associée.

Récepteur OMEGA et son traceur

La méthode primitive consiste à identifier sa position à un endroit connu et de laisser le récepteur garder la trace de la voie à mesure que le mobile se déplace à partir de la position connue. Lorsque la phase mesurée change de 360 ​​° et affiche zéro degré, une voie est incrémentée ( ou décrémentée).
La précision de la position initiale connue ne doit pas être inférieure à plus ou moins la moitié d’une largeur de voie OMEGA, sinon la mauvaise voie initiale pourrait être sélectionnée. Bien que fastidieuse, la plupart du temps, cette méthode fonctionne très bien.
Cependant, il est toujours possible que le le récepteur perde la trace du nombre de voies en raison d’une panne de courant ou d’une perte de signal temporaire.

La deuxième méthode pour identifier le nombre de voies consiste à utiliser un autre système de positionnement indépendant, tel qu’un lieu connu, un repère céleste ou un moyen électronique (Loran-C ou RADAR) ou visuel. Ce repère auxiliaire doit être suffisamment précis pour identifier la bonne voie afin que le nombre de voies OMEGA puisse être réinitialisé.
À une fréquence de fonctionnement de 10,2 kHz, la largeur de la voie est d’environ 16 NM. Par conséquent, il est nécessaire de connaître la position avec une précision de seulement ± 8 NM pour déterminer le nombre de voies.
On utilise ensuite l’OMEGA pour affiner cette position dans la voie relevée.

Une troisième méthode consiste à utiliser la différence des fréquences OMEGA pour déterminer le nombre de voies. C’est une des raisons pour lesquelles OMEGA émet sur plusieurs fréquences.
Lors de l’examen des fréquences de navigation OMEGA, on remarque qu’il existe un rapport entier entre ces fréquences. Par exemple, 10.2/13.6 est équivalent à 3/4. Cela signifie que la largeur totale de trois voies à 10,2 kHz est exactement la même que la largeur totale de quatre voies à 13,6 kHz.
Une largeur de voie de 24 NM correspond à une fréquence de 3,4 kHz qui est égale à la différence entre 13,6 kHz et 10,2 kHz.
Ces relations de phases peuvent être utilisées pour refaire le point après une perte de réception plus ou moins brève.

Prenons comme exemple le cas d’un mobile S ayant momentanément perdu ses coordonnées et ne connaissant plus le nb. entier de voies OMEGA qu’il a franchies. Dans notre exemple il se trouve dans la voie située entre X et Y, mais l’opérateur ne le sait pas.

La mesure du déphasage sur 10,2 kHz (figure b) indique qu’il se trouve à 25% de la largeur d’une voie OMEGA pour cette fréquence. L’ambiguïté rend impossible la détermination de la voie OMEGA car la position peut se trouver à 25% de chacune.

La même mesure mais cette fois sur 13,6 kHz (figure a) indique qu’il se trouve à 66 % de la largeur d’une voie OMEGA pour cette nouvelle fréquence. L’ambiguïté ne peut toujours pas être levée, pour les mêmes raisons que lors de la mesure à 10,2 kHz.
Mais la comparaison entre les deux mesures met en évidence une seule voie OMEGA où les positions sont correspondantes : sur la voie XY pour 10,2 kHz.

Cette méthode peut être extrapolée avec la différence des deux fréquences 13,6 et 10,2 kHz ce qui donne 3,4 kHz, avec maintenant une largeur de voie égale à 24 NM. La mesure de phase dans ces conditions donne une seule position à 41,6666… % de la largeur de voie à 3,4 kHz (figure c).

En utilisant chacune de ces méthodes on peut resynchroniser le compteur de voies pourvu que la position soit estimée à ± 12 NM si on utilise la différence de fréquences de 3,4 kHz.

De la même manière, la différence de fréquence entre 10,2 et 11,3333… kHz permet un calcul sur une largeur de voie OMEGA de 72 NM. Dans ce cas la position doit être estimée à ± 36 NM (l’incertitude de la mesure peut être positive on négative). Enfin une différence de fréquence entre 11,3333… et 11,05 kHz permet une largeur de voie de 288 NM, nécessitant une position estimée à ± 144 NM.

Transformation en coordonnées planes

Ce chapitre sort du contexte de cet exposé. Il ne sera pas développé plus avant.

Synoptiques de principe

Synoptique de principe d’un émetteur

Compte tenu des signaux à émettre, le synoptique d’un émetteur est relativement simple. Seule contrainte assurer une synchronisation en phase rigoureusement stable.

Une horloge au cesium fournit au synthétiseur un signal étalon de 1 MHz. Toutes les horloges OMEGA sont régulièrement synchronisées afin d’éviter toute dérive importante des résultats.

Un synthétiseur élabore un signal de référence HF ainsi que les différents signaux de commandes, de commutations temporelles et de fréquences.
Il transmet à une PLL le signal HF de référence selon la séquence qui lui est attribuée de par sa position géographique.

La PLL compare le signal prélevé à la sortie de l’émetteur et le compare à celui reçu du synthétiseur. Il élabore ensuite un signal HF rigoureusement verrouillé en phase sur celui issu du synthétiseur; lui-même asservi sur l’horloge atomique.

L’étage de commutation découpe le signal HF issu du VCO au rythme des impulsions fournies par le synthétiseur. Ces impulsions sont conformes à la séquence temporelle définie pour chaque station émettrice OMEGA.

Une chaîne d’amplification (Amplificateur, driver, amplificateur de puissance) fournit un signal HF d’une puissance d’environ 150 kW (dépend du rendement de l’antenne d’émission). Un étage d’accord antenne adapte l’impédance résultante de l’antenne pour chaque fréquence émise.

L’antenne accordée rayonne avec une PIRE d’environ 10 kW (PIRE = Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente).

Synoptique de principe d’un récepteur

La figure ci-dessous représente le synoptique fonctionnel d’un récepteur aviation.

Synoptique récepteur OMEGA

Synoptique fonctionnel d’un récepteur OMEGA aviation

La réception des ondes longues (LF) et encore plus des ondes très longues (VLF) par une antenne filaire étant sensible aux perturbations diverses (bruit atmosphérique, parasites, charges statiques, etc.), la réception OMEGA privilégie la réception de la composante magnétique du rayonnement radioélectrique en utilisant des cadres croisés (comme pour le radiocompas).
Le diagramme de directivité des cadres ne permettant pas une réception omnidirectionnelle, un système d’aériens à cadres croisés est utilisé.
Il est suivi d’un double préamplificateur situé dans le système d’aériens de telle manière que le rapport S/B à l’entrée des étages de réception soit favorable à un traitement sans perturbations.

Note 4 : pour des raisons complètement différentes, les sous-marins étaient équipés d’antennes filaires de plusieurs km qu’ils laissaient traîner derrière eux en plongée.

Tenant compte du gisement de l’émission OMEGA, un étage de commutation sélectionne le cadre le plus approprié pour une réception optimale en fonction de la séquence d’émission de chaque station OMEGA.

Un ensemble récepteur assure la mise en forme, le filtrage des signaux reçus afin de les présenter aux étages de traitement du signal avec un rapport S/B aussi favorable que possible.

Note 5 : Étant donné les fréquences employées (VLF) plusieurs techniques de réception ont été employées au fil du temps : amplification directe, superhétérodyne. Chaque méthode ayant ses avantages et ses inconvénients. Il est certain, étant donnés les progrès faits à ce jour avec les récepteurs numériques, que ce mode de réception eut été largement utilisé si OMEGA était resté en service aujourd’hui.

Par ailleurs un oscillateur étalon fournit une fréquence de référence pour permettre d’élaborer l’ensemble des signaux numériques nécessaires permettant l’identification des émetteurs ainsi que la mesure de leur phase. Compte tenu de la grande stabilité nécessaire pour permettre une mesure de phase précise, cet oscillateur est doté d’une stabilité à long terme élevée.

Un étage de détection d’enveloppe du signal reçu fournit une information de validité (S/B) à l’étage calcul – navigation. Il est piloté par le synchroniseur.
Tenant compte de la durée des salves émises par l’émetteur reçu à 10,2 kHz il permet à l’étage calcul-navigation l’identification de la station d’émission.

Suivant la génération du récepteur, l’étage de calcul – navigation fait appel à une technologie à circuits numériques ou à microprocesseurs. Cet étage assure la gestion complète des signaux à fournir pour assurer le fonctionnement du récepteur :

  • choix de la fréquence à recevoir,
  • commutation de la boucle d’antenne,
  • pilotage du synchroniseur ,
  • asservissement sur la phase du signal reçu.

À partir de la fréquence de référence (fournie par l’oscillateur étalon), le synchroniseur élabore une salve à 10,2 kHz correspondant à la fenêtre d’émission temporelle pour la station reçue. Cette salve est injectée dans le comparateur de phase, lequel fournit un signal d’erreur.
Le signal d’erreur est traité par l’unité de calcul – navigation, laquelle élabore un signal de rattrapage de la phase qui est additionné à la salve fournie par le synchroniseur.
L’ensemble comparateur de phase, calcul – navigation et sommateur constitue un boucle à asservissement de phase, laquelle permet de mesurer précisément le déphasage et pas calcul le pourcentage dans la voie OMEGA.
En plus de la correction de phase décrite ci-dessus, l’étage calcul – navigation fournit un signal d’erreur au synchroniseur pour qu’il se remette également en phase avec le signal reçu.

Ce dispositif permet de garder la phase d’un émetteur malgré ses émissions intermittentes et de durées variables comme décrit ci-dessus.

Cette séquence se répète pour toutes les stations d’émission, le module calcul – navigation donnant les ordres pour que le synchroniseur fournisse la salve correspondant à chaque émetteur recherché.

Pour lever l’ambiguïté de voie, le module calcul – navigation commande au récepteur de changer de fréquence et au synchroniseur de modifier ses salves. la mesure du déphasage se fait de la même manière que précédemment, le module calcul – navigation recherche ensuite une corrélation entre les mesures sur les différentes fréquences.
En complément, les systèmes de navigation et radionavigation embarqués fournissent leurs données de positionnement pour faciliter le lever de doute.

Une fois le module calcul – navigation en possession du CEC dans au moins 2 voies OMEGA et le lever de doute effectué, il calcule les corrections (les PPS sont en mémoire), puis calcule et affiche les coordonnées en latitude et longitude; éventuellement il les transmets à un système de navigation si ce dernier est équipé d’un bus pour communiquer.


– SommaireL’OMEGA différentiel

Bibliographie

  • THE OMEGA SYSTEM OF GLOBAL NAVIGATION by Commander G.P. Asche – April 1972.
  • OMEGA By Jerry Proc VE3FAB.
  • LE SYSTÈME DE RADIONAVIGATION OMEGA EN FRANCE – Association des Personnels de Signalisation Maritime.
  • OMEGA Global Radionavigation – A guide for users – U.S. Coast Guard
  • Omega Navigation System Course Book Vol 2 – P.B. Morris, R.R. Gupta, R.S. Warren, andP.M. Creamer