LORAN-C-SignalKauppalaivoissa käytettävä LORAN-C vastaanotinLORAN-järjestelmien ja vastaanottimien kehitys.
Loran (lyhenne sanoista long range navigation) on toisen maailmansodan aikana kehitetty radioaaltoja hyväksi käyttävä paikantamisjärjestelmä. Se toimi taajuuksilla 1,75; 1,85; 1,9 ja 1,95 MHz. Loranin kantama oli noin 1000 kilometriä lähettimistä. Kun 1950-luvulla kehitettiin Loran-C paikantamisjärjestelmä, tästä ensimmäisestä Loranista tuli Loran-A. Se poistui käytöstä 1980-luvulla.
Loran-C toimii 100 kHz:n taajuudella. LORAN-järjestelmä ja sen kehittyneempi versio eLoran ovat säilyneet käytössä muun muassa Kiinassa, Etelä-Koreassa ja Saudi-Arabiassa. Venäjällä on käytössä Loran-C:tä vastaava Tšaika-järjestelmä. Isossa-Britanniassa Anthornin eLoran-lähetintä käytetään ajanvälitykseen, ja maahan suunnitellaan laajempaa paikannus- ja aikapalveluverkkoa vuoteen 2030 mennessä. Kiinnostusta eLoraniin on lisännyt tarve täydentää satelliittipaikannusta siitä riippumattomalla järjestelmällä, joka voi toimia myös satelliittipaikannussignaalien häirinnän aikana.
LORANin rinnalla käytettiin pitkään kolmatta järjestelmää eli OMEGAa; se toimi samalla periaatteella, mutta sen lähetinasemia oli vain kahdeksan eri puolilla maailmaa. Laite kuunteli koko ajan vähintään kahta asemaa ja suoritti paikannuksen sen perusteella. Laitteiston käyttö loppui vuonna 2009 sen käytyä tarpeettomaksi. Elokuussa 2026 aktiivisia LORAN-C-lähetinketjuja oli vielä Kiinassa, Etelä-Koreassa ja Saudi-Arabiassa.
Toimintaperiaate
LORAN on hyperbolinen radionavigointijärjestelmä. Paikanmääritys perustuu siihen, että vastaanotin mittaa kahdesta tunnetussa paikassa sijaitsevasta lähettimestä vastaanotettujen radiosignaalien saapumisaikojen eron. Asemat järjestetään ketjuiksi, joihin kuuluu yksi pääasema (engl.master) ja vähintään kaksi sivuasemaa (engl.secondary).
Jos kahden aseman lähetyshetkien tunnettu ero on otettu huomioon, signaalien saapumisaikojen erotus (\Delta t) vastaa vastaanottimen etäisyyksien erotusta asemista:
missä (c) on radioaaltojen etenemisnopeus, käytännössä likimain valonnopeus. Kaikki pisteet, joissa etäisyyksien erotus kahdesta asemasta on sama, sijaitsevat samalla hyperbelillä, jonka polttopisteissä lähetysasemat ovat. Yksi pääaseman ja sivuaseman muodostama pari antaa siten yhden hyperbolisen paikkaviivan. Vastaanottimen kaksiulotteinen sijainti saadaan kahden toisistaan riippumattoman paikkaviivan leikkauspisteestä. Käytännössä tähän tarvitaan pääaseman ja vähintään kahden sivuaseman signaalit.
LORAN-C:ssä kaikki asemat lähettävät nimellisesti samalla 100 kHz:n taajuudella. Ketjut erotetaan toisistaan ryhmäntoistovälin (engl.group repetition interval, GRI) perusteella. GRI ilmoitetaan kymmeninä mikrosekunteina: esimerkiksi GRI 9930 tarkoittaa, että pääaseman pulssiryhmä toistuu 99 300 mikrosekunnin välein. Pääasema lähettää tavallisesti yhdeksän pulssin ryhmän ja sivuasema kahdeksan pulssin ryhmän. Pulssien vaihetta vaihdetaan ennalta määrätyn vaihekoodin mukaisesti, mikä auttaa vastaanotinta tunnistamaan asemat sekä torjumaan muiden ketjujen ja ionosfääristä saapuvien signaalien aiheuttamia häiriöitä.
LORAN-C yhdistää kaksi ajanmittaustapaa. Pulssin verhokäyrästä määritetään ensin karkea saapumisaika ja samalla tunnistetaan oikea kantoaallon jakso. Tämän jälkeen saapumisaika mitataan tarkemmin pulssin sisällä olevan 100 kHz:n kantoaallon vaiheesta. Kantoaallon jaksonaika on 10 mikrosekuntia, mikä vastaa noin kolmen kilometrin etenemismatkaa. Pelkkä vaihemittaus olisi tämän vuoksi monitulkintainen, mutta pulssin verhokäyrä ratkaisee, mitä kantoaallon jaksoa mitataan. LORAN-C:n vakiomittauskohta on pulssin kolmas positiivinen nollakohta, joka sijaitsee 30 mikrosekuntia pulssin alun jälkeen.
100 kHz:n signaali etenee pitkiä matkoja maanpintaa seuraavana pinta-aaltona. Sen etenemisnopeuteen vaikuttavat muun muassa maaperän ja meriveden sähkönjohtavuus sekä maaston muodot. Ionosfääristä heijastunut avaruusaalto saapuu tavallisesti pinta-aaltoa myöhemmin ja voi vääristää pulssin loppuosaa. Mittauskohdan sijoittaminen pulssin alkuosaan vähentää tämän virheen vaikutusta. Lisäksi paikan tarkkuus riippuu asemien geometriasta: paikkaviivojen leikatessa toisensa lähes suorassa kulmassa sijainti voidaan määrittää tarkemmin kuin silloin, kun paikkaviivat ovat lähes yhdensuuntaiset.
LORAN-järjestelmän versiot
LORANin kirjainversiot eivät kaikki olleet peräkkäisiä, laajaan käyttöön otettuja sukupolvia. LORAN-B jäi kokeelliseksi järjestelmäksi, kun taas LORAN-D oli LORAN-C:stä kehitetty sotilaallinen erikoismuoto. eLORAN puolestaan on LORAN-C:n nykyaikaistettu kehitysmuoto.
Alkuperäinen toisen maailmansodan aikana kehitetty järjestelmä nimettiin jälkikäteen LORAN-A:ksi. Se toimi noin 1,75–1,95 MHz:n taajuuksilla ja mittasi pää- ja sivuaseman pulssien verhokäyrien saapumisaikojen eroa. Ensimmäisissä vastaanottimissa pulssit esitettiin katodisädeputken näytöllä, ja navigaattori sovitti ne käsin toistensa kohdalle. Asemien käyttämät korkeammat taajuudet mahdollistivat pitkän kantaman ionosfäärin kautta, mutta järjestelmän tarkkuus ja signaalin vakaus olivat myöhempää LORAN-C:tä heikompia. LORAN-A:ta käytettiin sekä laivoissa että lentokoneissa.
LORAN-B:ssä tarkkuutta pyrittiin parantamaan mittaamalla LORAN-A:n taajuuksilla toimineiden asemien kantoaaltojen vaihe-eroa. Vaihetta voitiin mitata pulssin verhokäyrää tarkemmin, mutta menetelmä edellytti lähettimien pitämistä erittäin tarkasti samassa vaiheessa. Lisäksi kokonaisten aallonpituuksien aiheuttama monitulkintaisuus vaikeutti oikean paikkaviivan tunnistamista. LORAN-B:tä kokeiltiin vuosina 1948–1955, mutta teknisten ongelmien vuoksi sitä ei otettu laajaan operatiiviseen käyttöön.
LORAN-C yhdisti LORAN-A:n pulssiaikamittauksen LORAN-B:ssä tavoiteltuun tarkkaan vaihevertailuun. Se käytti huomattavasti alempaa 90–110 kHz:n taajuusaluetta, jonka nimellistaajuudeksi vakiintui 100 kHz. Pulssin verhokäyrä mahdollisti oikean kantoaallon jakson tunnistamisen, minkä jälkeen vaihevertailulla saatiin tarkempi aikamittaus. Matalampi taajuus tuotti pitkän ja vakaan pinta-aaltokantaman. LORAN-C:stä tuli järjestelmän tärkein ja laajimmalle levinnyt muoto, ja sitä käytettiin meri-, ilma- ja maaliikenteessä sekä tarkan ajan välittämiseen. Myöhemmät automaattiset vastaanottimet muuttivat mitatut aikaerot suoraan leveys- ja pituusasteiksi.
LORAN-D oli LORAN-C:n taktinen sotilasversio. Se käytti samaa noin 100 kHz:n taajuusaluetta ja samankaltaista pulssirakennetta, mutta asemat suunniteltiin siirrettäviksi ja tavallisesti LORAN-C-asemia pienempitehoisiksi. Pienempien antennien ja lähetystehojen vuoksi järjestelmän kantama jäi LORAN-C:tä lyhyemmäksi. LORAN-D:n signaaliin voitiin sisällyttää tavanomaisen LORAN-C-vastaanottimen tunnistama pulssirakenne, vaikka taktisiin käyttötarkoituksiin voitiin lähettää myös ylimääräisiä pulsseja. Järjestelmä kehitettiin erityisesti sotilaslentokoneiden, pommituksen ja muiden asejärjestelmien paikanmääritykseen.
eLORAN on LORAN-C:n nykyaikaistettu kehitysmuoto, joka säilyttää 100 kHz:n pulssisignaalin mutta parantaa lähetysaikojen hallintaa, tarkkuutta ja järjestelmän eheyden valvontaa. LORAN-C:n asemat oli tahdistettava tarkasti ensisijaisesti saman ketjun sisällä, kun taas eLORAN-asemien lähetysajat sidotaan koordinoituun yleisaikaan eli UTC:hen. Vastaanotin voi siten käyttää kaikkia kantaman sisällä olevia asemia ja muodostaa niiden tunnetuista lähetysajoista pseudomatkoja sen sijaan, että se rajoittuisi yhden ketjun pää- ja sivuasemien välisiin aikaeroihin.
eLORAN-signaaliin lisätty LORAN-datakanava välittää muun muassa asematunnuksia, aikatietoa, varoituksia, korjauksia ja järjestelmän eheystietoja. Paikannuksen tarkkuutta voidaan parantaa korjaamalla maaperän vaihtelevasta sähkönjohtavuudesta ja maastosta aiheutuvia etenemisviiveitä. Satamien kaltaisille rajatuille alueille voidaan laatia niin sanottuja ASF-korjauskarttoja (engl.additional secondary factor), ja paikalliset valvonta-asemat voivat seurata viiveiden ajallista vaihtelua. Korjaustiedot välitetään vastaanottimille datakanavan kautta. eLORANia käytetään ja suunnitellaan erityisesti satelliittipaikannuksen riippumattomaksi varajärjestelmäksi.
Neuvostoliitossa kehitetty ja Venäjällä käytetty Tšaika ei ole varsinainen LORAN-versio vaan LORAN-C:n kanssa pitkälti yhteensopiva rinnakkaisjärjestelmä. Se käyttää samaa 100 kHz:n taajuusaluetta ja samanlaista pulssi- ja vaihevertailuun perustuvaa paikanmääritystä, mutta signaalien ajoituksessa ja koodauksessa on joitakin järjestelmäkohtaisia eroja.
LORAN-vastaanottimet
Varhaiset LORAN-vastaanottimet eivät ilmoittaneet käyttäjän sijaintia suoraan, vaan niiden avulla mitattiin lähetysasemien signaalien saapumisaikaero. Esimerkiksi lentokoneissa käytetty AN/APN-4 koostui erillisestä vastaanotin- ja virtalähdeyksiköstä, kuvaputkinäytöllä varustetusta näyttöyksiköstä sekä kiinteästä tai perässä vedettävästä lanka-antennista; aluksissa vastaavanlainen kookas vastaanotin–näyttö sijoitettiin tavallisesti karttapöydän yhteyteen. LORAN-A:ssa valitun asemaparin pulssit esitettiin kuvaputken kahdella vaakajuovalla siten, että ylempi jälki pysyi paikallaan ja alempaa voitiin siirtää elektronisesti. Käyttäjä tasasi pulssien amplitudit ja sääti karkeaa ja hienoa viivettä sekä pyyhkäisynopeutta, kunnes pulssien vastaavat kohdat olivat päällekkäin. Näytöltä ei tällöin mitattu pulssien jäljelle jäänyttä etäisyyttä, vaan kohdistamiseen tarvittu kalibroitu viive vastasi signaalien saapumisaikaeroa; AN/APN-4:ssä viive luettiin kohdistamisen jälkeen erillisistä kalibroiduista pyyhkäisynäytöistä mikrosekunteina. Aikaeroluku (engl. time difference, TD) valittiin LORAN-kartalta, jossa se vastasi yhtä hyperbelin muotoista paikkaviivaa, ja toisesta asemaparista saatu paikkaviiva mahdollisti sijainnin määrittämisen. Ensimmäiset LORAN-C-vastaanottimet vaativat edelleen käyttäjältä asemaketjun, pulssiryhmän toistovälin eli GRI:n ja sivuasemien valintaa, mutta myöhemmät laitteet seurasivat pulssiryhmiä automaattisemmin ja näyttivät kaksi numeerista TD-lukua, jotka oli yhä muutettava sijainniksi kartan tai erillisen laskennan avulla. Mikroprosessorien käyttöönoton jälkeen vastaanottimet kykenivät valitsemaan ja seuraamaan asemia, korjaamaan etenemisvirheitä sekä muuntamaan aikaerot suoraan leveys- ja pituusasteiksi. Merivastaanottimissa käyttäjä saattoi yleensä valita koordinaatti- tai TD-näytön, ja laite saattoi välittää sijainnin NMEA-liitännän kautta karttaplotterille tai automaattiohjaukselle; lentokoneiden laitteet esittivät tavallisesti suoraan koordinaatit, reittipisteet ja ohjaustiedot CDI- tai HSI-näytöllä. Nykyisissä eLORAN-vastaanottimissa sama aikaeromittauksen periaate toteutetaan ohjelmallisesti, ja vastaanotin tuottaa automaattisesti sijainti-, navigointi- ja aikatietoa sekä tietoa ratkaisun eheydestä.
LORAN-lähetysasemat maailmalla
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Loran.
↑ACCSEAS Final Report13.5.2015.ACCSEAS ja International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities. Viitattu 15.8.2026.(englanniksi)
