La Navigazione Radiogoniometrica

1. Introduzione

La navigazione radiogoniometrica e resa possibile dal fatto che le onde radio si propagano dal punto di emissione in tutte le direzioni e in linea retta. Grazie a cio, conoscendo la posizione del punto di emissione e la traiettoria seguita dalle onde radio per giungere a un aereo in volo o viceversa, si puo determinare la posizione dell'aereo e lo si puo guidare durante la navigazione.

2. I rilevamenti

2.1 - Definizione dei rilevamenti

Come illustra la figura 6.49 i rilevamenti sono espressi con valori angolari, alternativamente riferiti alla direzione del nord (a) o alla direzione dell'asse longitudinale dell'aereo (b); in questo secondo caso prendono il nome di rilevamenti polari (Rilpo). Come vedremo tra breve, le indicazioni del radiogoniometro di bordo sono tutte rilevamenti polari.

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Figura 6.49 - I rilevamenti sono misure angolari riferite alternativamente al nord (vero o magnetico) o all'asse longitudinale dell'aereo; in questo secondo caso sono chiamati rilevamenti polari

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Figura 6.50 - I rilevamenti veri (Rilv) e i rilevamenti magnetici (Rilm) sono riferiti rispettivamente al nord vero e al nord magnetico, e pertanto differiscono del valore della declinazione magnetica

Rilevamenti diretti e inversi

Quando il rilevamento di un aereo in volo viene effettuato (o si immagina venga effettuato) da una stazione a terra, gli angoli di rilevamento vero e magnetico sono detti diretti o dalla stazione; quando invece e un aereo in volo che rileva (o si immagina che rilevi) una stazione a terra, gli angoli di rilevamento vero e magnetico sono detti inversi o per la stazione.

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Figura 6.51 - La differenza fra un rilevamento diretto e il corrispondente rilevamento inverso e sempre di 180°

2.2 - Le linee di posizione

Concetto importantissimo per la radionavigazione e che l'orientamento dell'asse longitudinale dell'aereo rispetto alla linea di posizione non influenza assolutamente il valore del rilevamento da e per la stazione. Per comprendere questo concetto ci si deve sforzare di immaginare che da ogni stazione a terra originino 360 semirette distanziate di 1° l'una dall'altra (i rilevamenti dalla stazione), e che a fianco di ognuna di esse si trovino altrettante semirette che terminano sulla stazione (i rilevamenti per la stazione).

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Figura 6.52 - Da ogni stazione partono 360 coppie di rilevamenti diretti e inversi che permettono di determinare la posizione dell'aereo; il valore dei rilevamenti, cioe la posizione, non dipende dalla prua dell'aereo

2.3 - La denominazione dei rilevamenti (Codice Q)

Poiche le prime radioassistenze in grado di offrire rilevamenti agli aerei in volo furono le stazioni radiogoniometriche di terra, e poiche gli operatori e i piloti dovevano scambiarsi messaggi via radio quando le comunicazioni non erano agevoli come lo sono oggi, i diversi rilevamenti vennero indicati con voci del codice Q:

3. Il principio di funzionamento del radiogoniometro

3.1 - L'indicatore

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Figura 6.53 - L'indicatore di un radiogoniometro

L'asse della rosa congiungente lo 0° con il 180° e passante per il perno dell'indice e disposto nella direzione del nord (magnetico o vero), cosicche sotto la punta dell'indice - che si dispone a segnare la direzione di provenienza dei segnali radio ogni volta che la stazione ne riceve qualcuno - l'operatore legge direttamente con quale angolo riferito al nord viene rilevata la sorgente dei segnali. Per ottenere il corrispondente rilevamento inverso l'operatore deve solo leggere sulla rosa il valore indicato dalla coda dell'indice.

3.2 - Le antenne

La facolta di orientarsi secondo la provenienza dei segnali radio e data all'indice dalle due antenne di cui e dotato il radiogoniometro:

• Antenna a filo o marconiana - del tipo non direzionale, riceve i segnali in modo uniforme da qualsiasi direzione essi provengano
• Antenna a telaio o loop - del tipo direzionale, costituita da un conduttore piegato in modo da formare un cerchio o un rettangolo, messo in grado di ruotare intorno a un perno

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Figura 6.54 - L'antenna a telaio, o loop, e del tipo direzionale: riceve con intensita diversa a seconda della posizione rispetto alla provenienza dei segnali

A seconda del suo orientamento il telaio e in grado di ricevere i segnali radio con intensita variabile da un minimo di valore pressoché nullo - che si verifica quando l'antenna e disposta ortogonalmente alla direzione di provenienza dei segnali - fino a un massimo che si verifica quando essa e allineata con la direzione di provenienza.

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Figura 6.55 - Il diagramma risultante della ricezione delle due antenne del radiogoniometro, chiamato cardioide per la sua forma di cuore, ha il vettore massimo orientato nella direzione di provenienza dei segnali

L'antenna a telaio e fatta ruotare da un motorino elettrico alimentato dalla corrente che viene indotta nell'antenna dai segnali radio ricevuti. Percio, quando il telaio e in posizione tale per cui i segnali ricevuti sono nulli, nel motorino non circola corrente e quindi il telaio si ferma nella posizione di ricezione nulla.

4. Le stazioni radiogoniometriche

A seconda della frequenza di lavoro, le stazioni radiogoniometriche si distinguono in MF/DF, HF/DF, VHF/DF o UHF/DF (DF sono le iniziali di Direction Finder, o trovatore di direzione, che e il nome inglese del radiogoniometro).

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Figura 6.56 - Le antenne Doppler delle stazioni radiogoniometriche UHF e VHF

4.1 - Le norme di comunicazione

Lo scambio delle comunicazioni radiogoniometriche tra gli aeromobili e le stazioni a terra avviene in radiotelefonia in chiaro facendo uso delle appropriate voci del codice Q. I piloti devono chiudere i messaggi radiogoniometrici con la ripetizione del nominativo, preceduta da un intervallo di una decina di secondi durante il quale il pulsante del microfono va tenuto premuto per l'emissione della portante.

Classi di precisione

A seconda della precisione delle osservazioni stimata a sua discrezione dall'operatore della stazione radiogoniometrica, i rilevamenti vengono classificati come segue:

5. La navigazione con le stazioni radiogoniometriche

5.1 - L'uso del QTE

Il QTE, essendo un rilevamento vero, veniva tracciato sulle carte di navigazione con lo scopo di determinare autonomamente da bordo la posizione. Nelle regioni in cui la declinazione magnetica e trascurabile, come in Italia, la stessa operazione potrebbe essere eseguita senza apprezzabile errore usando il QDR.

5.2 - L'uso del QDR

Essendo i QDR rilevamenti diretti, la posizione geografica di ognuno rispetto al punto di origine corrisponde al valore del proprio orientamento: il QDR 045° si trova percio a nord-est del punto di origine, il QDR 090° si trova ad est, il QDR 135° si trova a sud-est, e cosi via.

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Figura 6.57 - L'intercettamento di un QDM puo essere eseguito con una gamma di angoli variabile da 90° fino a un minimo di 1°

L'angolo di intercettamento

6. Il radiogoniometro di bordo (ADF)

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Figura 6.60 - Il ricevitore e l'indicatore di un moderno apparato ADF (in alto) e le antenne ADF di bordo

6.1 - Le stazioni di terra (NDB)

Gli NDB lavorano in onde lunghe o medie, essendo le loro frequenze comprese tra 190 e 513 KHz. Trasmettono in continuazione e il loro segnale si irradia uniformemente in tutte le direzioni.

Classificazione degli NDB

Ogni NDB ha un proprio nominativo di riconoscimento costituito da tre lettere dell'alfabeto (esclusi i Locator che solitamente ne hanno due, o anche solo una). Le lettere vengono di solito tratte dal nome della localita in cui e ubicato il radiofaro (BOA per Bologna, CMO per Camogli, CHI per Chioggia), e vengono trasmesse in alfabeto Morse a intervalli di tempo prestabiliti.

6.2 - I ricevitori

I ricevitori ADF sono predisposti per la sintonizzazione su una gamma di frequenze compresa tra 190 KHz e un massimo di 1699 o 1999 KHz, variabile da modello a modello. Un ricevitore ADF - qualunque sia la sua configurazione - e dotato di interruttori o selettori che consentono le seguenti funzioni:

• ON/OFF - L'accensione e lo spegnimento
• Selezione frequenza - su canali quarzati con intervalli di 1 KHz
• ADF - con la quale vengono inserite entrambe le antenne e l'apparato e percio messo in condizione di funzionare come radiogoniometro
• ANT o REC - con la quale viene esclusa l'antenna a telaio per ricevere il segnale di riconoscimento in A2A o le trasmissioni delle emittenti commerciali
• BFO o CW (Beat Frequency Oscillator o Continuous Wave) - con cui viene inserito un circuito che sovrappone all'onda portante non modulata un segnale che a sua volta rende udibile l'identificazione delle stazioni che trasmettono in A1A

6.3 - Gli indicatori

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Figura 6.61 - L'indice dell'ADF punta sempre sull'NDB. I rilevamenti presi da bordo e riferiti all'asse longitudinale dell'aereo sono detti polari (Rilpo). Quando l'aereo vola con prua costante, il Rilpo varia solo al variare della posizione, e sempre in aumento

7. Come ottenere dal Rilpo il QDR e QDM

7.1 - Le relazioni tra il Rilpo e la prua

Al fine di usare convenientemente le indicazioni dell'ADF e soddisfare le varie esigenze della radionavigazione, il pilota deve essere in grado di ottenere dal Rilpo i rilevamenti veri e magnetici da e per la stazione. Deve cioe mettersi in condizione di avere alternativamente QDM, QDR o QTE riferiti alla stazione NDB, come se cola ci fosse un operatore che rilevasse l'aereo e trasmettesse i dati al pilota.

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Figura 6.62 - I rilevamenti si ottengono sommando al Rilpo il valore della prua, vera o magnetica, e aggiungendo o togliendo 180°

7.2 - Il sistema di calcolo semplificato

Poiche il fare calcoli durante il pilotaggio - specie quando si stanno eseguendo manovre - risulta tutt'altro che agevole, i rilevamenti da e per la stazione possono essere ricavati con il seguente metodo semplificato.

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Figura 6.63 - Per semplificare i calcoli necessari a ottenere i rilevamenti, si deve immaginare di dividere la rosa dell'ADF in due semicerchi, e attribuire segno (+) a quello di destra, e segno (-) a quello di sinistra

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Figura 6.64 - Con il sistema di calcolo semplificato si chiamano Rilpo gli angoli indicati dalla punta, e angoli di coda (AdC) quelli indicati dalla coda

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Figura 6.65 - Sovrapponendo al direzionale l'indice dell'ADF, la punta indica il QDM e la coda il QDR

8. La navigazione ADF-NDB

8.1 - L'uso del QDM

Le diverse forme di impiego dei rilevamenti ottenuti tramite l'ADF non differiscono da quelle analizzate in precedenza per i rilevamenti ottenuti dalle stazioni radiogoniometriche. Come gia detto, la differenza consiste nel fatto che con l'ADF, i rilevamenti vanno ricavati dalle indicazioni degli strumenti di bordo.

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Figura 6.58 - Se, con vento al traverso, si dirige verso la stazione semplicemente mettendo in prua i valori dei QDM via via comunicati dall'operatore, si segue un percorso non rettilineo chiamato "curva del cane"

L'intercettamento del QDM

Per utilizzare correttamente un QDM come se fosse una strada dritta si deve:

1. determinare il valore del QDM che si vuole seguire per giungere sulla stazione o del QDM che passa per il punto da raggiungere;
2. dirigere l'aereo verso il QDM prescelto in modo da intercettarlo prima della stazione o del punto da raggiungere;
3. mantenere l'aereo sul QDM fino al raggiungimento della stazione o del punto di destinazione.

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Figura 6.66 - Il metodo piu semplice e pratico per intercettare un QDM e quello che prevede di assumere inizialmente la prua parallela al rilevamento da intercettare

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Figura 6.67 - Per mantenere un QDM con vento al traverso, l'angolo di deriva si determina per tentativi, fino a trovare la prua che mantiene costante il Rilpo

8.2 - L'uso del QDR

Anche per il QDR il concetto di impiego rimane invariato: dopo averne letto o misurato il valore sulla carta, lo si deve intercettare e seguire fino al punto di destinazione.

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Figura 6.68 - Anche per intercettare un QDR il metodo piu consigliabile e di assumere inizialmente la prua parallela e fare riferimento alle indicazioni della punta rispetto al 180° della rosa dell'ADF

8.3 - La scelta dell'angolo di intercettamento

Durante gli intercettamenti sia di QDR sia di QDM, e consigliabile che gli angoli di intercettamento vengano scelti di 30°, 60° o 90°, a seconda della posizione reciproca aereo-rilevamento-punto di destinazione, nonche della rapidita con cui si vuole raggiungere il rilevamento.

8.4 - La determinazione della posizione (fix)

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Figura 6.69 - Il fix ottenuto con due QDR presi da altrettanti radiofari NDB, e la relativa area di incertezza

Pero, poiche il valore dei rilevamenti e sempre piu o meno approssimato, in realta il fix non e mai un punto, bensi un'area di incertezza formata non da due linee, bensi da due "strisce" di posizione, che si allargano mano a mano che si allontanano dal radiofaro da cui hanno origine. A parita di altre condizioni, l'area di incertezza e tanto minore quanto piu perpendicolari l'uno all'altro sono i due rilevamenti utilizzati.

8.5 - Il calcolo della distanza

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Figura 6.70 - Per determinare la distanza dalla stazione in tempo di volo T, si applica il teorema dei seni al triangolo fatto percorrere all'aereo

Un'operazione oggi di assai improbabile utilizzo - che citiamo solo per completezza di informazione - e quella che consente di ricavare la distanza in tempo di volo da un radiofaro (NDB, VOR o gonio) mentre si naviga verso di esso. L'operazione puo essere portata a termine seguendo due procedimenti simili:

9. Pregi e difetti del sistema ADF-NDB

Inoltre gli NDB hanno il pregio di avere bassi costi di installazione e di esercizio che consentono di dotare molti aeroporti minori di una radioassistenza che sarebbe altrimenti non conveniente per ragioni economiche.

9.1 - Effetto notte

La distanza alla quale le onde medie vengono riflesse dagli strati ionizzati varia da 30 a 60 miglia, a seconda dell'altezza degli strati. Come spiegato nella sezione introduttiva, l'altezza degli strati e minore di giorno che non di notte, per cui all'avvicinarsi delle ore crepuscolari, la riflessione delle onde va soggetta a fluttuazioni che si ripercuotono sull'indice dello strumento. A parita di altre condizioni l'ampiezza delle fluttuazioni aumenta all'aumentare della distanza tra l'aereo e l'NDB.

9.2 - Effetto suolo

Le montagne o altre parti del terreno che si elevano ripidamente dal suolo, hanno la facolta di riflettere le onde radio a bassa e media frequenza. Inoltre nel sottosuolo ci possono essere depositi di materiale magnetico, e sulla superficie grosse costruzioni metalliche, che ugualmente influenzano la propagazione delle onde lunghe e medie. In conseguenza le indicazioni dell'ADF possono risultare errate o inattendibili.

9.3 - Effetto temporale

9.4 - Effetto costa

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Figura 6.71 - L'effetto costa provoca indicazioni errate dell'ADF quando la congiungente aereo-NDB taglia la linea di costa con un angolo minore di 30°

Le linee di costa hanno la proprieta di rifrangere le onde radio a bassa frequenza. Cio significa che - passando dalla terra all'acqua o viceversa - le onde subiscono una deviazione che a sua volta ne induce un'altra nell'indicazione dell'ADF. Tuttavia la rifrazione e trascurabile quando l'angolo con il quale le onde incontrano la linea di costa e maggiore di 30°.

9.5 - Effetto virata

L'ADF va soggetto a errori ogni volta che l'aereo viene inclinato lateralmente, a causa dello spostamento dal piano orizzontale dell'antenna a telaio. Ovviamente gli errori sono tanto maggiori quanto piu accentuate sono le virate.

Riepilogo valori da ricordare

Codice Q - Rilevamenti

Formule fondamentali

Classi di precisione rilevamenti

Effetti che influenzano l'ADF

Acronimi importanti