LORAN

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Le LORAN (LOng RAnge Navigation) est un système de radionavigation utilisant les ondes d'émetteurs terrestres fixes pour établir une position.

Il s'agit du seul système hauturier à base terrestre restant en service car utilisé en secours des systèmes de positionnement par satellite et notamment du GPS, quoique moins précis. La version actuelle, le LORAN-C couvre une large partie de l'hémisphère Nord. Une version plus performante est en projet dans le même but (E-LORAN).

Récepteur LORAN-C

Principe du LORAN

hyberboles de position

l'impulsion du LORAN-C

Le LORAN est un système de type "hyperbolique". Les systèmes hyperboliques déterminent la position en mesurant la différence de temps de propagation entre deux émetteurs (au minimum), le lieu des points à différence égale est une hyperbole sur la carte. Trois émetteurs sont nécessaires pour un point (intersection d'hyperboles). Pour éviter des géométries imprécises ou ambigües, quatre émetteurs ou plus sont nécessaires, synchronisés dans une "chaîne". Le premier système hyperbolique le LORAN-A fonctionnait à 1 800 kHz, le LORAN-C fonctionne à 100 kHz.

Les stations LORAN d'une groupe ("chaîne") émettent des impulsions de quelques millisecondes à phase et début précisément synchronisés. La mesure de différence de leur temps d'arrivée au récepteur depuis deux stations d'une chaîne définit une hyperbole de position, une autre mesure avec une autre paire d'émetteurs donne un point d'intersection. La mesure s'effectuait initialement avec un oscilloscope à bord des aéronefs, puis les progrès de l'électronique ont permis l'affichage direct des différences de temps ("TD"), puis aujourd'hui du point géographique.

Détails techniques du LORAN-C

Signal émis

Horloges atomique d'une station LORAN

Chaque station Loran-C émet un train de huit ou neuf impulsions d'une dizaine de périodes chacune, précisément calibrées, occupant la bande 90 à 110 kHz. L'enveloppe des impulsions permet de repérer un instant précis de mesure de temps d'arrivée (milieu de la transition montante).

L'émission est périodique avec une période, appelée GRI (Group Repetition Interval), spécifique à chaque chaîne (groupe d'émetteurs). La période de répétition est comprise entre 40 000 et 99 990 μs et est un multiple de 10 μs^[1].

Une période sert à identifier de façon unique chaque chaîne. Le code GRI publié correspond à la période multipliée par 10. Par exemple, le code GRI 6731 correspond à une période de 67 310 μs.

Les chaînes

Tour LORAN sur l'Atoll Johnston, 1963

Une chaîne comporte au moins une station maître et deux stations secondaires. La station maître émet le signal de référence, qui est réémis par les secondaires après un délai de retard précis. Ces temps (période de répétition et délai de retard) sont choisis pour éviter tout brouillage mutuel des impulsions dans la zone de couverture d'une chaîne.

La réception

La détermination du point dans un récepteur s'effectue en plusieurs étapes qui sont schématiquement:

• synchronisation sur la période de répétition et la fréquence: Les différentes périodes de répétition permettent de synchroniser le récepteur sur une chaîne choisie.
• verrouillage de phase sur les impulsions des stations: une boucle "phase-fréquence" est ouverte pendant l'enveloppe issue de la synchronisation
• Détermination de la période de référence dans l'impulsion: étape parfois commune au verrouillage, en utilisant des corrélateurs.
• Calcul des différences brutes (TD): retranchant les délais fixes de la chaîne.
• Corrections prédictibles de propagation
• Conversion en coordonnées géographiques
• éventuellement calculs de navigation

Les trois dernières étapes sont possibles grâce aux microprocesseurs incorporés dans les récepteurs modernes, les premiers récepteurs ne fournissaient que des différences brutes. Les récepteurs récents peuvent également faire des mesures sur plusieurs chaînes simultanées pour améliorer le point.

Avant l'abandon du système DECCA, la bande 70 à 130 kHz était partagée avec les émetteurs DECCA en Europe. Des réjecteurs fixes ou automatiques étaient incorporés sur les récepteurs LORAN-C pour éliminer cette interférence des canaux DECCA (70 kHz, 85 kHz, 112 kHz, 127 kHz).

Le canal de données

Depuis 2001, une modulation de phase complémentaire de la dernière impulsion a été ajoutées, permettant de transmettre des informations à bas débit. Ce système est appelé LDC (Low Data Channel) sur les chaînes américaines et EUROFIX sur les chaînes européennes (Système installé à Sylt et Anthorn). Il est utilisé pour transmettre des données relatives aux stations (intégrité, temps) et des corrections de type WAAS, DGPS ou Navtex.

Les émetteurs de LORAN-C

Station Loran de Cambridge Bay

Station de Malone, Floride

Les émetteurs LORAN-C sont des ensembles volumineux couvrant plusieurs hectares, en raison de l'antenne nécessaire. C'est un pylône de 200 à 400 m muni d'une nappe terminale (le quart de longueur d'onde à 100 kHz valant 750 m). La puissance émise est de plusieurs centaines de kilowatts, voire 1 MW. Les stations qui ont utilisé ou utilisent une tour d'une hauteur de plus de 300 mètres sont indiquées.

La navigation avec le LORAN-C

carte LORAN-C

Les anciens récepteurs LORAN-C affichent des différences de temps ("TD") qui doivent être reportées sur des cartes spéciales LORAN, superposant les hyperboles à la carte marine, l'interpolation entre les "chenaux LORAN" devant être faite par le navigateur. Les récepteurs modernes affichent directement le point géographique, éventuellement automatiquement reporté sur un "navigateur" à cartographie électronique.

La précision du LORAN-C est très dépendante de la géométrie d'angle des stations et des effets de propagation. Deux phénomènes principaux dégradent la précision :

• les multitrajets entre onde directe et onde ionosphérique, en particulier la nuit ;
• les réflexions et réfractions du signal par les côtes, autour des îles ou dans les chenaux.

Ce dernier point ne permet pas d'utiliser le LORAN-C avec une précision garantie sur la terre, quoique sa couverture le permettrait.

Avenir du LORAN

Avec le développement universel du GPS, le maintien du LORAN-C, moins précis et de couverture limitée, est périodiquement remis en cause par les gouvernements pour raison budgétaire. Ainsi, depuis que les stations de Estartit et Lampédusa sont démontées, le LORAN-C n'est plus disponible en Méditerranée. Les chaînes Loran-C des États-Unis et du Canada ont aussi été arrêtées en 2010. Les Européens développent le système Galileo, mais jusqu'à son achèvement, le système LORAN-C Européen sera conservé en secours en cas de panne ou dégradation du GPS.

Un système amélioré appelé E-LORAN est en développement dans ce même but. E-LORAN répondra à un ensemble de normes à travers le monde et opèrera en toute indépendance de GPS, GLONASS, Galileo, ou tout autre GNSS. E-LORAN sera utilisable dans toutes les régions où le service sera fourni E-LORAN. Les récepteurs E-LORAN doivent fonctionner automatiquement avec la participation minimale de l'utilisateur.

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• (en) Luke Melton, Complete Loran-C Handbook., 1986
• (en) LORAN-C Signal Specification USCG Navigation Center, 1994.

Articles connexes

• Émetteur LORAN-C de Soustons.
• Émetteur LORAN-C de Lessay.
• Radionavigation.

Liens externes

• Présentation LAAS/CNRS/DIGINEXT sur le traitement de signal LORAN.
• Spécifications de l'USCG.
• Spécifications des chaînes LORAN-C utilisables au Canada.
• Détails sur le E-LORAN.
• Le site officiel du Loran-C Européen.

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