Определение направления - Direction finding

Для навигационного устройства, используемого в самолете, см. Автоматический пеленгатор.
Схема радиотриангуляции с использованием двух пеленгаторных антенн (A и B)
Пеленгаторная антенна в районе г. Люцерн, Швейцария

Определение направления (DF), или же радиопеленгация (RDF), это измерение направления, из которого был передан принятый сигнал. Это может относиться к радио или другие формы беспроводной связи, включая радар обнаружение и мониторинг сигналов (ELINT / ESM). Комбинируя информацию о направлении от двух или более удобно расположенных приемники (или один мобильный приемник), источник передачи может быть расположен через триангуляция. Радиопеленгация используется при навигации кораблей и самолетов для обнаружения аварийных передатчиков для поиск и спасение, для слежения за дикой природой и обнаружения незаконных или мешающих передатчиков. RDF сыграли важную роль в борьбе с немецкими угрозами во время Вторая Мировая Война Битва за Британию и долгая работа Битва за Атлантику. В первом случае министерство авиации также использовало RDF для определения местонахождения своих групп истребителей и направления их для обнаружения немецких налетов.

Системы RDF могут использоваться с любым радиоисточником, хотя и очень долгим. длины волн (низкие частоты) требуют очень больших антенн и обычно используются только в наземных системах. Тем не менее, эти длины волн используются для морских радионавигация поскольку они могут путешествовать на очень большие расстояния «за горизонт», что ценно для кораблей, когда Поле зрения может быть всего несколько десятков километров. Для использования в воздухе, где горизонт может простираться на сотни километров, могут использоваться более высокие частоты, что позволяет использовать гораздо меньшие антенны. An автоматический пеленгатор, которые могут быть настроены на радиомаяки, называемые ненаправленные радиомаяки или коммерческий AM радио радиовещательные компании, до недавнего времени были характерны для большинства самолетов, но сейчас постепенно прекращаются [1]

Для военных RDF - ключевой инструмент разведка сигналов. Способность определять местоположение вражеского передатчика была бесценной со времен Первой мировой войны и сыграла ключевую роль во Второй мировой войне. Битва за Атлантику. По оценкам, продвинутый "хулиган "системы прямо или косвенно отвечали за 24% всех Подводные лодки затонул во время войны. Часто используемые современные системы фазированная решетка антенны, позволяющие быстро формирование луча для получения высокоточных результатов и являются частью более крупного радиоэлектронная борьба люкс.

Рано радиопеленгаторы использовали механически вращаемые антенны, которые сравнивали уровни сигналов, и последовали несколько электронных версий той же концепции. Современные системы используют сравнение фаза или же доплеровские методы которые, как правило, проще автоматизировать. Ранний британский радар наборы назывались RDF, что часто утверждали, что это обман. Фактически, Сеть Главная системы использовали большие приемники RDF для определения направлений. Более поздние радиолокационные системы обычно использовали одну антенну для вещания и приема и определяли направление по направлению, в котором была обращена антенна.[2]

Антенны

Для определения направления требуется антенна это направленный (более чувствительный в одних направлениях, чем в других). Многие конструкции антенн демонстрируют это свойство. Например, Яги антенна имеет довольно выраженную направленность, поэтому источник передачи можно определить, просто направив его в том направлении, где достигается максимальный уровень сигнала. Однако для определения направления с большой точностью требуется более сложная техника.

Пеленгаторная антенна с перекрещенными контурами на мачте буксира.

Простая форма направленной антенны - это петлевая антенна. Он состоит из разомкнутого контура провод на изолирующем каркасе или металлическом кольце, которое формирует сами антенные элементы, где диаметр петли составляет десятую часть длины волны или меньше на целевой частоте. Такая антенна будет наименее чувствителен к нормальным для его лица сигналам и наиболее реагировать на встречу с ребром. Это вызвано фазовым выходом передающего маяка. Фаза с изменением фазы вызывает разницу между напряжениями, наведенными на обеих сторонах контура в любой момент. Включение лицевой стороны петли не вызовет протекания тока. Простое вращение антенны для получения минимального сигнала позволит установить два возможных направления, из которых может исходить сигнал. Используется NULL, так как небольшие угловые отклонения петлевой антенны вблизи ее нулевых положений вызывают большие изменения тока, чем аналогичные угловые изменения вблизи максимальных положений петли. По этой причине используется нулевое положение рамочной антенны.

Чтобы разрешить два возможных направления, используется чувствительная антенна, чувствительная антенна не имеет характеристик направленности, но имеет ту же чувствительность, что и рамочная антенна. Добавив устойчивый сигнал от сенсорной антенны к переменному сигналу от сигнала контура при его вращении, теперь есть только одно положение, когда контур вращается на 360 °, в котором есть нулевой ток. Это действует как опорная точка фазы, позволяя идентифицировать правильную нулевую точку, тем самым устраняя двусмысленность 180 °. А диполь антенна демонстрирует аналогичные свойства и является основой для антенны Яги, которая известна как обычная УКВ или же УВЧ телевидение антенна. Для гораздо более высоких частот все же параболический Можно использовать антенны, которые являются сильно направленными, фокусируя принятые сигналы под очень узким углом на приемный элемент в центре.

Более сложные техники, такие как фазированные решетки обычно используются для высокоточных систем пеленгации, называемых гониометры такие, которые используются в разведка сигналов (ПОДПИСАТЬ). А вертолет на базе пеленгаторной системы была разработана ESL Incorporated для правительства США еще в 1972 году.

Смотрите также: Радиопеленгатор
Антенна RDF на этом B-17F расположена в выступающем каплевидном кожухе под носом.

Одноканальный пеленгатор

Одноканальный пеленгатор использует многоантенную решетку с одноканальным радиоприемником. Такой подход к DF имеет некоторые преимущества и недостатки. Поскольку он использует только один приемник, преимуществами являются мобильность и более низкое энергопотребление. Без возможности смотреть на каждую антенну одновременно (что было бы в случае использования нескольких приемников, также известных как N-канальный пеленгатор), на антенне должны быть выполнены более сложные операции, чтобы представить сигнал приемнику.

Две основные категории, в которые попадает одноканальный алгоритм пеленгации, следующие: сравнение амплитуд и сравнение фаз. Некоторые алгоритмы могут быть гибридами этих двух.

Псевдодоплеровский пеленгатор

В техника псевдодоплера - это фазовый метод пеленгации, который дает оценку пеленга принятого сигнала путем измерения доплеровский сдвиг индуцируется на сигнал путем выборки вокруг элементов круговой решетки. В первоначальном методе использовалась одна антенна, которая физически перемещалась по кругу, но в современном подходе используется круговая решетка с множеством антенн, при которой каждая антенна выбирает последовательно.

Антенная решетка Ватсона-Ватта или Адкока

Основная статья: Антенна Adcock

В Уотсон-Ватт В данной методике используются две пары антенн Adcock для сравнения амплитуд входящего сигнала. Пара антенн Adcock - это пара монопольных или дипольных антенн, которые принимают разность векторов принимаемого сигнала на каждой антенне, так что есть только один выход из пары антенн. Две из этих пар совмещены, но перпендикулярно ориентированы для получения сигналов, которые можно назвать С-Ю (Север-Юг) и В-З (Восток-Запад), которые затем будут переданы приемнику. Затем в приемнике угол пеленга можно вычислить, взяв арктангенс отношения сигнала С-Ю к В-З.

Корреляционный интерферометр

Основной принцип корреляционного интерферометра состоит в сравнении измеренных разностей фаз с разностями фаз, полученными для пеленгаторной антенной системы известной конфигурации при известном угле волны (набор справочных данных). Сравнение производится для разных значений азимута набора опорных данных, пеленг получается из данных, для которых коэффициент корреляции является максимальным. Если элементы антенны для радиопеленгации имеют диаграмму направленности антенны, то в сравнение может быть включена амплитуда.

использование

Радионавигация

Портативный аккумуляторный автоматический пеленгатор GT-302 с батарейным питанием для морского применения.

Радиопеленгация, радиопеленгатор, или же RDF, когда-то был основным навигационным средством авиации. (Определение дальности и направления аббревиатура использовалась для описания предшественника радар.[2]) Маяки использовались для обозначения пересечений "воздушных трасс" и определения процедур вылета и захода на посадку. Поскольку передаваемый сигнал не содержит информации о пеленге или расстоянии, эти маяки называются ненаправленные радиомаяки, или же NDB в авиация Мир. Начиная с 1950-х годов эти маяки, как правило, заменялись на VOR система, в которой азимут навигационного средства измеряется от сигнал сам; поэтому не требуется специальной антенны с движущимися частями. Из-за относительно низкой стоимости покупки, обслуживания и калибровки NDB по-прежнему используются для обозначения местоположений небольших аэродромов и важных площадок для посадки вертолетов.

Дальнейшая информация: Ненаправленный маяк

Подобные маяки, расположенные в прибрежных районах, также используются для морской радионавигации, так как почти каждое судно оснащено (было) радиопеленгатором (Appleyard 1988). Очень немногие морские радионавигационные маяки остаются активными сегодня (2008 г.), поскольку корабли отказались от навигации через RDF в пользу GPS-навигации.

В Соединенном Королевстве служба радиопеленгации доступна на частотах 121,5 МГц и 243,0 МГц для пилотов воздушных судов, терпящих бедствие или испытывающих трудности. Служба основана на ряде радиопеленгаторов, расположенных в гражданских и военных аэропортах и ​​на некоторых станциях береговой охраны HM.[3] Эти станции могут получить "точку" самолета и передать ее пилоту по радио.

Местоположение незаконных, секретных или враждебных передатчиков - SIGINT

Смотрите также: Высокочастотная радиопеленгация и SIGINT
Грузовик с RDF британского почтового отделения 1927 года для обнаружения нелицензионных любительское радио передатчики. Он также использовался для поиска регенеративные приемники которые излучали мешающие сигналы из-за обратной связи, что в то время было большой проблемой.

Во время Второй мировой войны значительные усилия были затрачены на идентификацию секретных передатчиков в Соединенном Королевстве (Великобритания) с помощью пеленгации. Работа была проделана Служба радио безопасности (RSS также MI8). Первоначально три станции U Adcock HF DF были созданы в 1939 году Главпочтамтом. С объявлением войны, MI5 и RSS развили это в более крупную сеть. Одной из проблем с обеспечением покрытия территории размером с Великобританию была установка достаточного количества радиопеленгаторных станций, чтобы покрыть всю территорию для приема небесная волна сигналы, отраженные обратно от ионизированных слоев в верхних слоях атмосферы. Даже с расширенной сетью некоторые районы не были должным образом охвачены, и по этой причине было привлечено до 1700 добровольных перехватчиков (радиолюбителей) для обнаружения незаконных передач земная волна. В дополнение к стационарным станциям RSS управляла парком мобильных пеленгаторов по всей Великобритании. Если передатчик был идентифицирован стационарными радиопеленгаторными станциями или добровольными перехватчиками, мобильные устройства отправлялись в этот район, чтобы найти источник. Мобильные установки представляли собой HF Adcock-системы.

К 1941 году в Великобритании было выявлено лишь несколько незаконных передатчиков; это были немецкие агенты, которых «перевернули» и которые передавали сообщения под контролем МИ5. Было зарегистрировано множество незаконных передач, исходящих от немецких агентов в оккупированных и нейтральных странах Европы. Трафик стал ценным источником информации, поэтому контроль над RSS впоследствии перешел к MI6, которая отвечала за секретную разведку, исходящую из-за пределов Великобритании. Объем и важность операций по пеленгации и перехвату увеличивались до 1945 года.

ВЧ станции Adcock состояли из четырех 10 м вертикальные антенны, окружающие небольшую деревянную будку оператора с приемником и радиоприемником.гониометр который был отрегулирован для получения подшипника. Также использовались станции СЧ, на которых использовалось четыре оттяжки 30 м решетчатые башенные антенны. В 1941 году RSS начала экспериментировать с пеленгаторами с разнесенной петлей, разработанными компанией Marconi и Великобританией. Национальные физические лаборатории. Они состояли из двух параллельных петель с 1 по 2. м квадрата на концах поворотного от 3 до 8 м балка. Угол луча был объединен с результатами радиогониометра для определения пеленга. Полученный подшипник был значительно острее, чем подшипник, полученный с помощью системы U Adcock, но возникли неясности, которые не позволили установить 7 предложенных систем S.L DF. Оператор системы SL находился в металлическом подземном резервуаре под антеннами. Было установлено семь подземных резервуаров, но только две системы SL были установлены в Уаймондхэме, Норфолке и Уиверторпе в Йоркшире. Возникли проблемы, в результате чего оставшиеся пять подземных резервуаров были оснащены системами Adcock. Вращающаяся антенна SL поворачивалась вручную, что означало, что последовательные измерения выполнялись намного медленнее, чем поворот шкалы гониометра.

Еще одна экспериментальная станция с разнесенной петлей была построена недалеко от Абердина в 1942 году для Министерства авиации с полуподземным бетонным бункером. От этого тоже отказались из-за трудностей в эксплуатации. К 1944 году была разработана мобильная версия разнесенной петли, которая использовалась RSS во Франции после вторжения в Нормандию.

Военные США использовали береговую версию DF с разнесенной петлей во время Второй мировой войны под названием «DAB». Петли были размещены на концах балки, и все они находились внутри деревянной хижины с электроникой в ​​большом шкафу с электронно-лучевая трубка дисплей в центре балки и все, что поддерживается на центральной оси. Пучок вращался вручную оператором.

В Королевский флот в 1944 году представила разновидность береговых радиопеленгаторных станций для отслеживания подводных лодок в Северной Атлантике. Они построили группы из пяти станций радиопеленгации, чтобы можно было объединить пеленги от отдельных станций в группе и вычислить среднее значение. Четыре такие группы были построены в Великобритании на Ford End, Эссекс, Гунхаверн, Корнуолл, Анструтер и Бауэрмадден в Шотландском нагорье. Группы были также созданы в Исландии, Новой Шотландии и Ямайке. Ожидаемые улучшения не были реализованы, но более поздние статистические работы улучшили систему, и группы Goonhavern и Ford End продолжали использоваться во время холодной войны. Королевский флот также развернул пеленгаторное оборудование на кораблях, которым было поручено противолодочная война для поиска немецких подводных лодок, например Фрегаты класса капитан были оснащены среднечастотной пеленгаторной антенной (MF / DF) (антенна была установлена ​​перед мостом) и высокочастотной пеленгаторной антенной (HF / DF, "Huffduff") типа FH 4 (антенна была установлена ​​сверху грот-мачты).[4]

Подробный справочник по беспроводной радиопеленгации времен Второй мировой войны написал Роланд Кин, возглавлявший инженерный отдел RSS в Hanslope Park. Упомянутые здесь пеленгаторные системы подробно описаны в его книге 1947 года. Беспроводное определение направления.[5]

В конце Второй мировой войны ряд станций RSS DF продолжал работать в период холодной войны под контролем GCHQ, британской организации SIGINT.

Большая часть усилий по пеленгации в Великобритании в настоящее время (2009 г.) направлена ​​на обнаружение несанкционированных "пират «Радиопередачи FM-вещания. Сеть дистанционно управляемых радиопеленгаторов УКВ используется в основном вокруг крупных городов. Передачи с мобильных телефонов также определяются с помощью пеленгатора с использованием сравнительной силы сигнала в окружающей местной« соте ». Этот метод часто используется в качестве доказательства в уголовных преследованиях Великобритании и, почти наверняка, для целей SIGINT.[6]

Скорая помощь

Основная статья: Радиопеленгатор

Есть много форм радиопередатчики предназначен для передачи как маяк в случае ЧС, которые широко используются на гражданских самолет. Современные аварийные радиомаяки передают уникальный идентификационный сигнал, который помогает определить точное местоположение передатчика.

Спасение лавин

Приемопередатчики лавин работают на стандартной частоте 457 кГц и предназначены для помощи в обнаружении людей и оборудования, захороненных лавинами. Поскольку мощность маяка настолько мала, в направленности радиосигнала преобладают мелкомасштабные эффекты поля.[7] и может быть довольно сложно найти.

Отслеживание дикой природы

Расположение радиоактивных животных по триангуляция широко применяемый исследовательский метод изучения движения животные. Впервые этот метод был использован в начале 1960-х годов, когда технология, используемая в радиопередатчики и батареи сделал их достаточно маленькими, чтобы прикрепить к дикие животные, и в настоящее время широко используется для различных исследований дикой природы. Большая часть слежения за дикими животными, которые были прикреплены к оборудованию радиопередатчиков, выполняется полевым исследователем с использованием портативного радиопеленгационного устройства. Когда исследователь хочет найти конкретное животное, местоположение животного можно триангулировать, определив направление на передатчик из нескольких мест.

Разведка

Фазированные решетки и другие продвинутые антенна методы используются для отслеживания запусков ракета системы и их результирующие траектории. Эти системы могут использоваться в оборонительных целях, а также для получения информации о работе ракеты принадлежность к другим народам. Эти же методы используются для обнаружения и отслеживания обычных самолет.

Спорт

Основная статья: Радиолюбительский поиск направления

Мероприятия, проводимые группами и организациями, которые включают использование навыков радиопеленгации для обнаружения передатчиков в неизвестных местах, были популярны с конца Второй мировой войны.[8] Многие из этих мероприятий были впервые организованы с целью отработки методов радиопеленгации для реагирование на стихийные бедствия и Гражданская оборона целей или попрактиковаться в поиске источника радиопомехи. Самый популярный вид спорта во всем мире известен как Радиолюбительский поиск направления или его международной аббревиатурой ARDF. Еще одна форма деятельности, известная как "охота на передатчик "," мобильная Т-охота "или" охота на лис "проводится в более крупной географической зоне, такой как мегаполис большого города, и большинство участников путешествуют в автомобили при попытке найти один или несколько радиопередатчики с радиопеленгацией.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «План реализации следующего поколения 2013» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-10-23.
  2. ^ а б «Радар (радиопеленгация) - глазами истребительного командования».
  3. ^ Смит, Д.Дж. (2005). Справочник по эфирному радио (8-е изд.). Sutton Publishing. С. 104–105. ISBN  0-7509-3783-1.
  4. ^ Эллиотт (1972), стр. 264
  5. ^ Кин, Р. (1947). Беспроводное определение направления (4-е изд.). Лондон, Великобритания: Илифф.
  6. ^ деРоса, Л.А. (1979). «Пеленговать». В J.A. Бийд; Д. Харрис; Д.Д. Король; H.W. Уэлч-младший (ред.). Электронные меры противодействия. Лос-Альтос, Калифорния: Peninsula Publishing. ISBN  0-932146-00-7.
  7. ^ *Дж. Херефорд и Б. Эджерли (2000). «Электромагнетизм 457 кГц и будущее лавинных трансиверов» (PDF). Международный семинар по науке о снеге (ISSW 2000). Архивировано из оригинал (– Академический поиск) 22 июля 2011 г.
  8. ^ Titterington, B .; Уильямс, Д .; Дин, Д. (2007). Радиоориентирование - Справочник ARDF. Радио общество Великобритании. ISBN  978-1-905086-27-6.

Библиография