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© 2005 Lega Navale Italiana - Sezione di Bolzano

Corso di Navigazione Senza limiti dalla costa cura del C.F. Marco Camilletti

NOMENCLATURA

ED ATTREZZATURA NAVALE

Ancoraggi ed ormeggi

Uso dell’apparato radio

Strumenti di bordo e navigazione

elettronica

Lega Navale Italiana – Sezione di Bolzano Corso per il conseguimento della Patente nautica senza limiti



ANCORE ED ANCORAGGI Ancorarsi è l’operazione di assicurare l’imbarcazione al fondo del mare per mezzo di uno strumento detto Ancora. Fin dagli albori della navigazione l’operazione di ancoraggio è stata una delle operazioni fondamentali relativa alla pratica marinaresca. L’ancora, nel corso dei secoli non ha mutato in modo notevole le proprie forme e dimensioni e neppure le modalità d’uso attuali si discostano molto da quelle di parecchi secoli or sono. L’Ancora può essere fatta in svariate fogge le principali sono le seguenti:

• Ancora Tipo Ammiragliato

• Ancora Tipo Hall




• Ancora Tipo Bruce

• Ancora Tipo Danforth

• Ancora Tipo C.Q.R.




• Ancora Tipo Grappino

• Ancora ad Ombrello

In tutte le ancore qualsivoglia sia il tipo e modello possiamo ritrovare i seguenti particolari costruttivi:

• Fuso = Asta centrale il cosiddetto corpo dell’ancora • Cicala = Anello di collegamento del fuso con la catena dell’ancora • Diamante = Estremità inferiore del fuso • Marre = Le due braccia che si dipartono dal fuso • Patta = Estremità larga e piatta della marra • Unghia = Estremità appuntita della patta




• Ceppo = Asta scorrevole in un foro all’estremità superiore del fuso (particolare presente SOLO sull’ancora tipo Ammiragliato)

Ancore diverse hanno caratteristiche funzionali differenti, fermo restando lo scopo di ancorare l’imbarcazione, si potrà verificare che su uno stesso fondale un ancora di un tipo sia migliore “Tenitrice” di un'altra di altro tipo sarà dunque importante scegliere il fondale adatto per l’ancoraggio in funzione del tipo di ancora imbarcata. In ogni caso sarà necessario sapere che, almeno a grandi linee, le ancore si comportano in questo modo:

• Ammiragliato = Ottima su fango e sabbia, di difficile maneggio • Hall = Discreta su quasi tutti i fondali facile utilizzo • Bruce = Ottima su fango e sabbia, buona in presenza roccia

problemi in caso di alghe • Danforth = Ottima Fango Sabbia Alghe • C.Q.R. = Buona su Fango e Sabbia difficile da dare fondo • Grappino = Buona su tutto ottima su Roccia ingombrante nel maneggio • Ombrello = Stesse caratteristiche del Grappino, migliore la

maneggevolezza. A differenza di quanto molti ritengono, non è l’ancora che tiene la nave ancorata ma è la catena che consente il corretto ancoraggio. Infatti è necessario considerare che una piccola ancora, su tutte le navi l’ancora non è mai che una frazione del dislocamento, non potrebbe mai opporsi da sola alla trazione effettuata dall’imbarcazione se non ci fosse la catena che con il suo peso e la sua azione di ammortizzatore non tenesse la nave ancorata al fondo. Queste semplici operazioni ci portano a considerare alcuni fattori indispensabili per un corretto ancoraggio:

• Il fondale e la sua natura. o Importantissima è la scelta di un fondale che sia “Buon Tenitore” in modo

da assicurare un ancoraggio corretto e stabile, inoltre la nostra sceltà dovrà privilegiare il fondale ove sia facile salpare l’ancora ovvero non vi siano ostacoli in questa operazione. Quindi essenzialmente per grandi linee sarà meglo privilegiare fondali sabbiosi o fangosi lasciando per ultimi fondali rocciosi che seppur offrono ottime capacità come tenuta rendono sovente difficoltoso il recupero dell’ancora.

• La profondità o Il fattore profondità è altrettanto importante, considerare sempre che è

indispensabile per un corretto ancoraggio poter “mettere a mare” una congrua quantità di catena. Evitare dunque di ormeggiarsi su fondali molto profondi privilegiando bassi fondali sabbiosi.

• Catena




o Considerare che, è indispensabile “mettere a mare” non meno di tre o cinque volte il fondale e che è meglio eccedere su queste misure. Le grandi unità navali misurano la catena in “Lunghezze di catena”, una lunghezza è pari a 25 metri.

Dare Fondo Con l’espressione “Dare fondo” si indica l’operazione di messa a mare dell’ancora. Una corretta operazione di “Fondo” consente un corretto ancoraggio ed un corretto lavoro dell’ancora. Ogni imbarcazione dotata di ancora, ha uno strumento idoneo a salparla. Questo strumento è un Argano che può essere verticale od orizzontale, l’Argano è sempre composto da due parti che possono ruotare in modo solidale od indipendente. Una parte si chiama “Campana” e serve a recuperare cavi e cime mentre l’altra si chiama “Barbotain” ed è costruita allo scopo di poter recuperare o filare le maglie della catena dell’ancora. Queste due parti del verricello possono essere “Ingranate” e quindi permettere di “Andare a Mare” o “Venire a Bordo” con almeno due velocità diverse e possono essere “Sgranate” ovvero libere in modo da filare rapidamente il cavo o la catena dell’ancora. Scelto il punto di fonda e decidendo di ormeggiarsi, si debbono compiere una serie di operazioni che, indipendentemente dalla grandezza dell’imbarcazione sono sempre le stesse:

1. Avvicinandosi lentamente al punto di fonda è necessario togliere le “rizze all’ancora” in modo che sia pronta a “Dare fondo”

2. Ingranare il verricello e “Venire a mare” in modo da permettere all’ancora di uscire dall’Occhio di Cubia ed essere pronta “Appennellata” all’ordine.

3. Con l’ancora appesa fuori dall’imbarcazione mettere in “Bozza” grazie ad un “Gancio a Scocco” la catena dell’ancora in modo da assicurarla fuori bordo

4. Sgranare il verricello in modo che il “Barbotein” possa girare libero 5. Arrivati sul punto di fonda superarlo con abbrivio quasi nullo e mettere macchine

indietro 6. Con imbarcazione abbrivata indietro passare nuovamente sul punto di fonda ed

a questo unto sparare la bozza. L’ancora libera scende sul fondo.

7. Fermare le macchine, l’imbarcazione è a questo punto abbrivata indietro in modo visibile

8. Come l’ancora tocca il fondo frenare il verricello FRENARE e NON INGRANARE il verricello. La catena dell’ancora a seguito dell’operazione di freno, si tenderà e vedremo l’imbarcazione rallentare. Importantissimo è il significato della tensione della catena in quanto significa che




l’ancora ha fatto “Testa” ovvero le marre hanno scavato il fondale e dunque l’ancora inizia a lavorare correttamente.

9. Con l’imbarcazione ancora abbrivata indietro, togliere il freno al verricello e continuare a filare catena fino alla lunghezza desiderata.

10. L’imbarcazione, se la manovra è stata effettuata correttamente, dovrebbe via via rallentare fino ad essere ferma all’incirca quando è in mare la lunghezza di catena prevista (L’ancora “Si chiamerà catena frenando via via l’imbarcazione sino a quando non sarà del tutto ferma.”).

11. A questo punto Ingranare l’argano, e mettere in bozza la catena dell’ancora in modo che eventuali strattoni alla catena, dovuti alle onde non vadano a rovinare i meccanismi del verricello.

12. Posizionare sulla carta nautica (Piano Nautico) il cosiddetto “Cerchio di fonda” a. Cerchio di fonda, per calcolarne il raggio è necessario conoscere la

lunghezza della catena filata, la profondità del fondale e la lunghezza della propria imbarcazione. Il raggio del cerchio di fonda sarà dunque dato da:

Rf = Raggio cerchio di fonda Li = Lunghezza imbarcazione Lc = Lunghezza catena a mare Pf = Profondità fondale Rf = (Li+Lc) - Pf

Determinato il raggio del cerchio di fonda, con centro sul punto di fonda, tracciare sul piano nautico il cerchio e prendere dei rilevamenti “di sicurezza” (rilevamenti tangenti al cerchio di fonda) da punti cospicui precedentemente determinati. Presi i rilevamenti di sicurezza, tracciarli ed indicarli espressamente sulla carta, in questo modo basterà all’atto del controllo vedere se la misura rilevata è inferiore al rilevamento di sicurezza in modo da essere certi che l’ancora non “Ari” e quindi l’imbarcazione è entro il cerchio di fonda. Da quanto detto sino ad ora si evince che, l’operazione di ancoraggio è una operazione importantissima, che va effettuata con perizia e cautela e non può essere improvvisata. Dall’improvvisazione di questa manovra nascono sovente incidenti, che possono portare nel migliore dei casi, alla perdita dell’ancora o nei casi peggiori, (mancata considerazione del cerchio di fonda, mancato controllo dei rilevamenti etc.) alla perdita dell’imbarcazione.




USO DEL’APPARATO RADIO

Definizione Col termine radiocomunicazioni si intende l’insieme delle apparecchiature usate per le comunicazioni radiofoniche. Le radiocomunicazioni si effettuano usando onde radio, cioè onde elettromagnetiche di lunghezza d’onda superiore al millimetro, come mezzo di collegamento tra due o più stazioni. Un sistema di radiocomunicazioni è composto da una stazione trasmittente, che provvede a generare una corrente oscillatoria avente una determinata frequenza (onda o frequenza portante), a modularla (cioè variare una o più caratteristiche – ampiezza, frequenza, fase – in relazione all’informazione che deve essere trasmessa), e ad irradiare nello spazio, per mezzo di un’antenna, l’onda radio modulata. Una o più stazioni riceventi provvedono a captare l’onda, ad amplificarla e a demodularla, cioè ad estrarre dall’onda modulata l’informazione che essa trasportava. Teoria Quando un conduttore è percorso da corrente elettrica alternata, esso produce un campo magnetico variabile, avente le linee di forza perpendicolari alla direzione del conduttore, e un campo elettrico, anch’esso variabile, avente le linee di forza parallele alla direzione del conduttore e quindi perpendicolari a quelle del campo magnetico. I due campi formano nel loro insieme il “campo elettromagnetico”, il quale ubbidisce a leggi di propagazione che discendono dalle equazioni di Maxwell. Quando in un dato punto dello spazio, l’ampiezza del campo elettromagnetico varia nel tempo, tale variazione si propaga in tutte le direzioni con la velocità della luce: l’intensità dell’onda così prodotta risulta inversamente proporzionale alla distanza della sorgente del campo stesso (si ricordi che l’intensità di un campo elettrostatico e di un campo magnetostatico sono invece inversamente proporzionali al quadrato della distanza).In tal modo i campi elettromagnetici, e le onde elettromagnetiche ad essi associate, possono essere di sufficiente intensità anche a grandi distanze dalla sorgente. L’energia che un conduttore riesce a irradiare nello spazio sotto forma di onda elettromagnetica risulta proporzionale al quadrato dell’intensità della corrente che percorre il conduttore stesso e al quadrato del rapporto tra la lunghezza del conduttore e la lunghezza d’onda dell’onda irradiata. Pertanto basterà far scorrere una corrente alternata di opportuna frequenza in un conduttore (comunemente chiamato antenna) perché si produca un’onda radio. Naturalmente, se quest’onda deve trasportare un’informazione è necessario che una o più delle sue caratteristiche vari nel tempo in relazione all’informazione da trasmettere. Se questa informazione è rappresentata da un’insieme di linee e punti intervallati fra loro (codice Morse o codice per telescriventi), la variazione viene effettuata facendo in modo che l’onda radio sia irradiata per un breve tempo se si deve trasmettere un punto, per un tempo più lungo per la trasmissione di una di una linea e non sia irradiata nei




momenti di intervallo . Questo sistema di trasmissione è chiamato “radiotelegrafia” ed offre i vantaggi della estrema semplicità di progettazione e di costruzione dell’apparecchio trasmittente. Le onde radio si propagano dall’antenna trasmittente a quella ricevente, permettendo l’ascolto. Propagazione Tutte le onde elettromagnetiche, e quindi anche quelle radio, si propagano in linea retta. Basandosi su questa considerazione, gli scienziati della fine del XIX secolo erano molto scettici sull'utilità degli esperimenti con onde radio di Guglielmo Marconi, in quanto la curvatura della Terra pone un limite, pari a circa 30 km, alla distanza che può essere percorsa in linea retta (cioè lungo la visuale) dalla sommità di una torre alta 100m.

La trasmissione, coronata da successo, attraverso l'Atlantico di segnali radio da parte di Marconi del 1901, obbligò gli scienziati a riconsiderare la propagazione delle onde radio nell'atmosfera terrestre e portò alla scoperta della ionosfera. È vero infatti che nel vuoto le onde si propagano in linea retta, ma il problema diventa un po' più complicato quando si tiene conto della presenza dell'atmosfera terrestre e le sue interazioni con le onde radio. È grazie alle proprietà riflettenti degli strati della ionosfera, situati fra 50 e 300 km di altezza dal suolo, che è possibile la trasmissione delle onde corte SW, altrimenti dette onde radio HF (ad alta frequenza), fra 3 e 30 MHz. Ne segue anche, però, che le onde corte, poichè vengono riflesse dalla ionosfera, non possono essere utilizzate per le comunicazioni spaziali; in questo caso è necessario usare onde radio di frequenza superiore, nella banda di frequenze VHF (very high frequency) o UHF (ultra high frequency). Propagazione delle onde radio nell'atmosfera Si possono classificare tre meccanismi con cui l'energia delle onde elettromagnetiche, in particolare quelle radio, si propaga dall'antenna trasmittente a quella ricevente.




1) Onda diretta:

Nello spazio libero da ostacoli le radioonde si propagano in linea retta lungo la visuale, cioè secondo la congiungente delle due antenne.

2) Onda riflessa: due tipi a) Onda terrestre: È l'onda che si riflette sulla superficie del suolo b) Onda spaziale: È l'onda che viene riflessa dalla ionosfera

3) Onda superficiale: sulla superficie del suolo, sulla quale si riflette l'onda terrestre, "striscia" l'onda superficiale.

Ciò può avvenire grazie al fenomeno della diffrazione, per cui quando l'onda incontra un oggetto di dimensioni dell'ordine di grandezza della sua lunghezza d'onda, essa tende a seguire il contorno dell'oggetto. L'effetto è tanto più pronunciato quanto più piccolo è l'oggetto. Grazie alla diffrazione le onde si propagano nelle città attorno agli edifici. L'onda superficiale viene più o meno attenuata a seconda del tipo di superficie sulla quale si propaga. Sul mare l'attenuazione è molto bassa, mentre su terreno roccioso l'attenuazione è molto forte. A complicare ulteriormente le cose, si deve tenere in considerazione che, tutte le antenne non emettono esclusivamente una tipologia d’onde (Diretta, Superficiale o Riflessa) ma una emissione che è composta da questi tre tipi di onde ove una componente prevale sulle altre. Inoltre, la propagazione per onda riflessa (spaziale), risente della distanza dalla superficie terrestre della Ionosfera che agisce nei confronti dell’onda come uno specchio. La distanza della Ionosfera dalla superficie terrestre, varia a seconda dell’irraggiamento solare e delle stagioni, quindi anche la portata delle trasmissioni per onda riflessa (spaziale) risente del movimento della Ionosfera. Conoscere il meccanismo propagativo, significa aumentare la possibilità di ascolti migliori. Esistono differenti tipologie di apparati che possono essere significativi per la navigazione. Generalmente una grande unità navale è dotata di apparecchiature che gli consentono di coprire tutte le differenti tipologie di trasmissione, avremo dunque in un apposito locale “Sala radio” Apparecchiature HF per comunicazioni a grande distanza, MF per comunicazazioni a media grande distanza e VHF per comunicazioni a breve distanza. La regolamentazione prevede che su unità navali abilitate alla navigazione oltre le 6 miglia sia presente per :

Imbarcazioni di lunghezza pari a 24 metri o inferiori, almeno un impianto VHF. Imbarcazioni di lunghezza superiore a 24 metri almeno un apparato MF ed un apparato VHF.




E’ necessario ricordare che con l’apparato VHF si eseguono comunicazioni in ambito “Ottico” l’antenna ricevente e l’antenna trasmittente si debbono vedere otticamente. I tipo di tramissione e ricezione per gli aparati VHF avviene per onda diretta, mentre con gli apparati MF si ottengono delle comunicazioni a maggiore distanza riuscendo a sfruttare le caratteristiche relative alla propagazione sia per onda superficiale che per onda riflessa. Tipi di trasmissione in fonia Esistono due tipi principali di trasmissione in fonia denominate:

Simplex Utilizza la stessa frequenza per la trasmissione e la ricezione. E’ necessario attendere il termine della trasmissione prima di iniziare la risposta. Duplex Utilizza due frequenze una per la trasmissione ed una per la ricezione è possibile la conversazione sovrapposta.

Caratteristiche generali degli apparati VHF ed MF. VHF

Frequenza di lavoro:156 – 174 Mhz in MF(Modulazione di frequenza MF) Potenza: 25 Watt. Portata: Ottica Tipo di collegamento: Simplex e su alcuni canali anche duplex Canali (generalmente) fissi es: frequenza di 156,8 Mhz corrisponde il canale 16

MF Frequenza di lavoro: da 1,6 a 3,8 Mhz (Modulazione d’ampiezza AM) Trasmissione e ricezione in SSB (Single side Band) ovvero utilizzano solo la metà dell’onda modulata in ampiezza per effettuare la trasmissione. Potenza: 100 Watt Portata: Collegamento a medie grandi distanze Tipo di collegamento: Duplex

Tutti gli apparati rice/trasmittenti muniti di una certificazione detta “Dichiarazione di conformità” sono esenti da collaudo ed ispezioni. Viceversa in caso di apparecchiature NON CONFORMI sono soggette a visite e collaudi a cura del Ministero delle Telecomunicazioni. Per installare e condurre gli apparati è necessario:

• possedere una Licenza d’esercizio radioelettrico RTF (rivolgersi all’ispettorato provinciale del Ministero delle Comunicazioni)

• possedere il Nominativo Internazionale ( Autorità Marittima Locale C.P.) • possedere un Patentino (senza esami) Certificato limitato di radiotelegrafista .




Per le Imbarcazioni la LICENZA ed il NOMINATIVO sono rilasciati a quella specifica imbarcazione. Per i Natanti la LICENZA ed il NOMINATIVO sono relativi all’apparato. Utilizzo dell’apparato radio In qesta breve trattazione non è possibile discutere ampiamente delle innumerevoli possibilità offerte dai moderni apparati radio. E’ indispensabile riflettere oltre sulle elementari norme di sicurezza, anche su alcune altre peculiarità della radio. Innanzitutto è necessario effettuare trasmissioni brevi e chiare, non è buona norma iniziare una conversazione con un’altra imbarcazione come si stesse al telefono. Un comportamento come quello indicato, provoca inutilmente l’occpazione di un canale nel caso di VHF o nel caso di MF si disturba la banda. Inoltre, nel caso di VHF si tiene occupato il canale impedendo altre comunicazioni da parte di altre imbarcazioni su quel canale. E’ VIETATO occupare i canali per la chiamata ed il soccorso se non per chiamate reali (i primi 3 minuti di ogni mezz’ora sono riservati all’ascolto delle comunicazioni di soccorso). E’OBBLIGATORIO effettuare l’ascolto sui canali di soccorso in modo da poter intervenire in caso di bisogno. Tenere sempre presente che le comunicazioni sono in “Chiaro” e che chiunque può ascoltare le vostre parole. E’ sempre VIETATO effettuare trasmissioni che non riguardano la navigazione. Frequenze di Chiamata e Soccorso VHF: 156,8 Mhz = Canale 16 MF: 2.182 Khz (2,182 Mhz) Come effettuare una chiamata: Chiamata Normale:

• Tre Volte il nome della Stazione PT da chiamare • Una Volta la parola QUI • Tre Volte il Nominativo internazionale

Es: Venezia radio Venezia Radio Venezia Radio QUI IHML (India Hotel Mike Lima) QUI IHML (India Hotel Mike Lima) QUI IHML (India Hotel Mike Lima) Stabilito il contatto la stazione indica un canale di lavoro e quindi eseguito lo Shift su quel canale si inizia la comunicazione.




Chiamata di sicurezza Avviene generalmente da parte delle stazioni radio costiere secondo le modalità della chiamata normale Attenzione l’indicativo della stazione radio è preceduto dalla parola SECURITE’. I messaggi di sicurezza contegono informazioni relative alla sicurezza della navigazione. Es: SECURITE’ SECURITE’ SECURITE’ Qui Genova Radio Genova Radio Genova Radio (Testo del messaggio) Chiamate d’urgenza Avvengono generalmente da parte delle imbarcazioni sono come le chiamate normali ma la chiamata è preceduta dalla parola PAN-PAN ripetuta tre volte significa che l’imbarcazione ha necessità di assistenza ma il personale non corre immediato pericolo di vita. Es: PAN Genova Radio PAN Genova Radio PAN Genova Radio Qui IHML (India Hotel Mike Lima), IHML (India Hotel Mike Lima), IHML (India Hotel Mike Lima) Testo del messaggio. Chiamate di Soccorso Preceduta dalla parola MAYDAY ripetuta 3 volte Significato imbarcazione in grave pericolo richiesta di immediato soccorso. Nelle chiamate di soccorso è indispensabile comunicare subito la propria posizione, i dati relativi all’imbarcazione e la natura del pericolo. In caso di utilizzo della modalità radiotelegrafica o alfabeto Morse ( . . . - - - . . . ) Tre Punti, Tre Linee, Tre Punti Attenzione Da alcuni anni è in vigore un nuovo sistema di soccorso marittimo chiamato GMDSS che è obbligatorio solo per le navi commerciali. Questo sistema prevede delle diverse frequenze per le trasmissioni di allarme e soccorso. Le imbarcazioni da diporto non possono più contare sull’ascolto continuo da parte delle unità commerciali. Questo è uno dei motivi che ha reso obbligatorio l’uso come dotazione di sicurezza dell’EPIRB per la navigazione oltre le 50 miglia dalla costa. EPIRB Questo strumento è una boetta ad accensione automatica che lancia una volta attivata un messaggio di soccorso in modo automatico e che permette l’identificazione ed il posizionamento della boetta.




La sigla EPIRB (Trasmettitore Radio Indicante la Posizione d'Emergenza) Ci sono due tipi di EPIRB, uno trasmette un segnale analogico sulla frequenza a 121.5 Mhz l’altro trasmette un codice d’identificazione digitale sulla frequenza a 406 Mhz oltre che un segnale “homing” a bassa potenza sui 121.5 Mhz. Gli EPIRB a 406 Mhz sono divisi in due categorie: I categoria, sono attivati manualmente o automaticamente, l’attivazione automatica è azionata quando l’EPIRB è sganciato dal suo alloggio. Gli EPIRB di questa categoria sono equipaggiati di speciali imbracature con ganci a rilascio idrostatico, questo meccanismo sgancia l’EPIRB in acqua ad una profondità da 1 a 4 metri e una volta sganciato e arrivato in superficie inizia a trasmettere. Per questa categoria è molto importante che il montaggio all’esterno della struttura dell’imbarcazione dove cioè sia possibile lo sgancio anche nel caso di affondamento dell’imbarcazione. II categoria, sono unità a sola attivazione manuale. Ovviamente, deve essere conservato nel posto più accessibile a bordo, al quale si possa accedere velocemente in caso d’emergenza. In entrambi i casi della categoria I o II i segnali possono essere istantaneamente rilevati dai satelliti geostazionari. Attenzione anche una breve e inavvertita trasmissione può generare un falso allarme, per evitare una chiamata della Guardia Costiera assicurarsi quando si testa il proprio EPIRB di seguire attentamente le raccomandazioni del costruttore. Assicurarsi anche della registrazione dell’EPIRB. La registrazione aiuterà le forze di soccorso nella ricerca d’emergenza Per registrare un EPIRB a 406 Mhz chiamare il N. 0039 0805341571 / Fax 0039 0805342145. Tutti gli EPIRB a 121.5 Mhz, sono apparecchi ad attivazione manuale. In ogni modo queste unità lavorano con il Sistema Satellitare a Orbita Polare Bassa, essi non operano come gli EPIRB a 406 Mhz, e non possono essere rilevati dai satelliti geostazionari che forniscono un’allerta istantanea per l’85% del globo. Inoltre, gli EPIRB a 121.5 Mhz sono causa di grande spreco di utilizzo di forze SAR. La maggior parte dei falsi allarmi a 406 Mhz possono essere risolti facilmente con una chiamata telefonica, al contrario ogni trasmissione (falso allarme) a 121.5 Mhz deve essere verificata usando attrezzature che ricercano la sorgente del segnale Sistemi di Radionavigazione. I sistemi di radioposizionamento nascono nel corso della seconda guerra mondiale allo scopo di permettere il bombardamento delle aree della Germania da parte delle forze aeree alleate da grandi altezze. O meglio come si diceva allora la cosiddetta “Area Bombing” o bombardamento a tappeto. Concettualmente il sistema di posizionamento grazie a stazioni radio ricalca fatte le debite distinzioni il punto realizzato grazie a rilevamenti di punti cospicui costieri.




La stazione radio emette costantemente un segnale radio su una determinata frequenza che è coordinato con altre stazioni poste in punti noti a notevoli distanze. Il ricevitore installato ricevendo i segnali, permette di effettuare una “triangolazione” in modo da poter realizzare un punto grazie alla ricezione dei vari segnali. Questi sistemi, essenzialmente il LORAN e il Decca, permettono di stabilire la posizione del navigante (marino o aereo) misurando la differenza di tempo (LORAN) o fase (Decca) con la quale arrivano al ricevitore di bordo due segnali trasmessi in sincronia da due stazioni distanti fra loro. La misura di una differenza di tempo o di fase, per la definizione geometrica di iperbole come luogo di punti con uguale differenza di distanza da due punti detti fuochi, dà luogo ad un ramo di iperbole di posizione. L’intersezione di due iperboli, conoscendo la posizione dei fuochi, definisce un punto.

Allo stato attuale dell’arte tutti i sistemi di radionavigazione funzionano in “Differenza di tempo”. Grossolanamente viene calcolata la differenza di tempo necessaria a raggiungere la stazione ricevente dalla stazione trasmittente. Conoscendo la differenza di tempo e la velocità di propagazione delle onde radio s riesce a calcolare la distanza dalla stazione.




Il primo sistema di radionavigazione installato sulle coste dell’Inghilterra era il sistema DECCA. Questo sistema grazie ad una stazione Principale “Master” ed a due stazioni secondarie “Slave” permetteva il posizionamento della nave grazie ad apposite carte nautiche riportanti a stampa le iperboli relative alle trasmissioni emesse dalle tre stazioni. Il DECCA aveva una buona capacità di posizionamento ed è rimasto attivo nel canale della Manica sino a quando non è stato soppiantato da sistemi di radionavigazione più moderni ed efficienti quali il Loran ed il GPS. il sistema Decca è stato sviluppato durante la II Guerra Mondiale in Gran Bretagna, per impiego navale e precisamente per guidare con precisione le imbarcazioni durante lo sbarco in Normandia. Il principio di funzionamento del sistema Decca è essenzialmente analogo al quello del sistema Loran, con la differenza che invece di misurare la differenza di tempo nella ricezione di due segnali sincroni, se ne misura la differenza di fase. Pertanto i problemi, le soluzioni ed i limiti sono analoghi.

Copertura Decca in Europa, 1957




LORAN (Long Range Navigation Systems) Sviluppato dagli Stati Uniti durante la II Guerra Mondiale come sistema di navigazione aerea per il Nord Atlantico e il Pacifico ad uso dell’Army Air Corps. e basato su trasmissioni a media frequenza facilmente propagabili sugli oceani, è stato convertito alla fine degli anni ’50 in Loran-C a bassa frequenza per permettere anche la propagazione terrestre. Il sistema si basa sulla trasmissione di impulsi precisamente spaziati nel tempo, sulla base dei quali il navigatore può derivare informazioni relative alla posizione e velocità. Un elemento minimo della catena Loran include tre stazioni posizionate ad alcune centinaia di kilometri l’una dall’altra. Una stazione è detta Master e le altre Secondarie. La posizione di ottiene misurando la piccola differenza di tempo di ricezione di un impulso da una coppia Master-Secondaria. Conoscendo la posizione delle stazioni trasmittenti e la spaziatura degli impulsi è possibile convertire la differenza di tempo in latitudide e longitudine.




Copertura Loran

L’alto costo delle riceventi ne ha limitato l’uso fino all’avvento dei microprocessori negli anni ’80.

Ricevente Loran per aeronautica, 1980

La comparsa però della navigazione inerziale e del GPS ne ha decretato praticamente la fine.




Navigazione Inerziale I sistemi di navigazione inerziali (INS) hanno la caratteristica di essere indipendenti da qualsiasi struttura esterna. Permettono il calcolo automatico della posizione geografica, quando siano note le coordinate del punto di partenza, attraverso l’elaborazione continua ed istantanea del vettore del moto proprio, misurando le accelerazioni a cui viene sottoposto l’imbarcazione riferite a tre direzioni ortogonali. Le apparecchiature necessarie a questa rilevazione ed elaborazione sono essenzialmente un gruppo di accelerometri ed una piattaforma stabilizzata. Il funzionamento è basato sulle leggi newtoniane e giroscopiche che non stiamo ad approfondire in questa sede. E’ sufficiente dire che con il sistema inerziale si misura la velocità integrando elettronicamente il voltaggio fornito da un accelerometro, mentre un secondo integratore converte la velocità in distanza percorsa. Per gli scopi della navigazione sono sufficienti due accelerometri, sistemati ad angolo retto uno rispetto all’altro secondo due assi cartesiani giacenti sul piano del moto e montati su una cosiddetta “piattaforma giroscopica stabilizzata” che ha la funzione di mantenere costante l’orientamento degli accelerometri. É così possibile misurare la distanza secondo i due assi, distanza che sommata alle coordinate iniziali fornisce istantaneamente le coordinate del punto attuale.

Schema di un INS




I giroscopi del sistema inerziale sono però soggetti ad un errore costante ed esponenziale di precessione, dovuto alla rotazione della terra e al movimento dell’imbarcazione. Per ovviare a questo incoveniente un calcolatore fornisce costantemente ai giroscopi i dati di correzione necessari a mantenere l’allineamento iniziale. Due sviluppi recenti hanno portato alla sostituzione dei giroscopi meccanici con “giroscopi ad anello laser” fino alla eliminazione della piattaforma stabilizzata, in quanto la sua funzione è svolta elettronicamente dal calcolatore stesso.

INS

La combinazione del sistema inerziale con il sistema GPS ha permesso la costruzione di sistemi di navigazione di altissima precisione, utilizzati non solo in navigazione ma anche in aviazione, ed in tutti i campi dove sono necessari il posizionamento ed il controllo di un mezzo mobile, come ad esempio nei veicoli per esplorazioni sottomarine o negli antifurti satellitari per autoveicoli.




GPS (Global Position System) Questa semplice sigla è la sigla che nel volgere di pochi anni ha mutato totalmente il modo di navigare rendendo in breve obsoleti praticamente tutti gli altri sistemi di posizionamento. Questo sistema permette innumerevoli applicazioni che vanno dal posizionamento di precisione alle informazioni relative al soccorso. Il GPS funziona in “Differenza di tempo” In questo specifico settore, si pensi ad un segnale emesso da una EPIRB di una imbarcazione in difficoltà che fornisce grazie all’associazione con il GPS una posizione del mezzo con una precisione dell’ordine di pochi metri rendendo le ricerche rapide e certe.

Il GPS (Global Positioning System) e il GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) sono sistemi composti da una serie di satelliti che circondano la Terra. Il primo realizzato dagli americani, il secondo dall'ex Unione Sovietica ed attualmente patrimonio della Comunità di Stati Indipendenti (CSI) e in particolare della Russia. Sono nati per esigenze di carattere militare con il controllo dei rispettivi ministeri della Difesa che solo in un secondo momento hanno concesso un applicazione di tipo civile. Nel caso del GPS, si sta estendendo ad un ritmo impressionante grazie alla disponibilità sul mercato di una gamma di prodotti adatti a soddisfare la maggior parte delle attuali esigenze nel campo della navigazione e della sincronizzazione. I sistemi sono in grado di fornire sia informazioni relative alla posizione, indicando la longitudine, la latitudine e l'altitudine sul geoide, sia il tempo riferito alle scale UTC dei due Paesi. Il sistema permette di ottenere dati di posizione in termini di longitudine, latitudine e altezza. A puro titolo informativo si riporta l’algoritmo usato per risolvere il problema del posizionamento.




Per ottenere questi dati devono essere visibili almeno quattro satelliti. L'algoritmo utilizzato è:

(X1-Ux)^2+(Y1-Uy)^2+(Z1+Uz)=(t1 c)^2 (X2-Ux)^2+(Y2-Uy)^2+(Z2+Uz)=(t2 c)^2 (X3-Ux)^2+(Y3-Uy)^2+(Z3+Uz)=(t3 c)^2 (X4-Ux)^2+(Y4-Uy)^2+(Z4+Uz)=(t4 c)^2

Dove c è la velocità della luce X, Y, Z sono le coordinate del satellite Ux, Uy, Uz sono le coordinate del ricevitore GPS Risolvendo questo sistema si può ricavare:

• la posizione avendo il dato di tempo • il dato di tempo avendo l'esatta posizione

Con questi metodi ci sono due livelli di servizi:

1. 1. Standard Positioning Service (SPS) per usi civili che,ha una degradazione della precisione del segnale detta SA (Selective Availability) inserita dal Dipartimento della Difesa U.S.A. per motivi militari.

2. Precise Positioning Service (PPS) a esclusivo uso del Dipartimento della Difesa U.S.A. (DoD), senza degradazione del segnale

Per far funzionare il sistema, nello spazio sono in orbita 24 satelliti a 20200 Km di altezza con orbite inclinate di 55 gradi sull'equatore. Essi completano l'orbita in 12 ore. A bordo di ogni satellite, sono presenti due orologi atomici al cesio e due al rubidio per avere un grado di ridondanza adeguato. Malgrado la precisione degli orologi vi sono alcuni fattori che limitano la precisione dell'utilizzo delle informazioni trasmesse sono molti tra cui:

• L'incertezza degli orologi atomici del GPS • L'incertezza dell'orbita dei satelliti • Approssimazioni del modello della ionosfera • Ritardi dei cavi • Disposizione dei satelliti (DOP)




Quest’ultimo fattore è comunque quello che ha ai fini della precisione il valore preponderante. Si potranno avere quindi due situazioni ovvero:

• una buona distribuzione di satelliti:

• e una non ottimale:




Tutto il sistema GPS è monitorato da una serie di stazioni di controllo a terra che sono posizionate come riportato in immagine.

Le stazioni possono essere di tre tipi: · Stazione di controllo principale, a Falcon Colorado · Stazione di monitoraggio · Antenne di terra La prima controlla e coordina le stazioni. Le seconde controllano i dati dei satelliti visibili e trasferiscono i dati alla stazione principale. Le terze trasmettono i dati ai satelliti.

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