Găsirea direcției - Direction finding

Pentru dispozitivul de navigație utilizat în aeronave, consultați Căutare automată a direcției .
Schema de radiotriangulare utilizând două antene de reglare (A și B)
O hartă de căldură care arată acoperirea semnalului unei drone bazată pe un sistem de identificare a direcției RF
Antenă de găsire a direcției în apropierea orașului Lucerna , Elveția

Găsirea direcției ( DF ), sau găsirea direcției radio ( RDF ), este măsurarea direcției de la care a fost transmis un semnal primit. Aceasta se poate referi la radio sau alte forme de comunicații fără fir, inclusiv detectarea și monitorizarea semnalelor radar (ELINT / ESM). Prin combinarea informațiilor de direcție de la două sau mai multe receptoare distanțate corespunzător (sau un singur receptor mobil), sursa unei transmisii poate fi localizată prin triangulare . Descoperirea direcției radio este utilizată în navigația navelor și a aeronavelor, pentru localizarea transmițătorilor de urgență pentru căutare și salvare , pentru urmărirea faunei sălbatice și pentru localizarea transmițătorilor ilegali sau care interferează. RDF a fost important în combaterea amenințărilor germane atât în timpul bătăliei din cel de-al doilea război mondial, cât și în cea de lungă durată a bătăliei Atlanticului . În primul, Ministerul Aerian a folosit, de asemenea, RDF pentru a localiza propriile grupuri de luptători și pentru a-i orienta spre raidurile germane detectate.

Sistemele RDF pot fi utilizate cu orice sursă radio, deși lungimile de undă foarte lungi (frecvențe joase) necesită antene foarte mari și sunt utilizate în general numai pe sistemele de la sol. Aceste lungimi de undă sunt totuși utilizate pentru navigația radio marină, deoarece pot parcurge distanțe foarte mari „peste orizont”, ceea ce este valoros pentru nave atunci când linia de vizibilitate poate fi de doar câteva zeci de kilometri. Pentru utilizare aeriană, unde orizontul se poate extinde la sute de kilometri, se pot utiliza frecvențe mai mari, permițând utilizarea unor antene mult mai mici. Un dispozitiv de căutare automată a direcției , care ar putea fi reglat la balizele radio numite balize nedirecționale sau radiodifuzorii AM comerciali , a fost până de curând o caracteristică a majorității aeronavelor, dar acum este eliminat treptat

Pentru militari, RDF este un instrument cheie al inteligenței semnalelor . Capacitatea de a localiza poziția unui emițător inamic a fost de neprețuit încă din Primul Război Mondial și a jucat un rol cheie în Bătălia Atlanticului din Al Doilea Război Mondial . Se estimează că sistemele avansate „ huff-duff ” ale Marii Britanii au fost direct sau indirect responsabile pentru 24% din toate barcile U scufundate în timpul războiului. Sistemele moderne foloseau adesea antene cu matrice fazată pentru a permite formarea rapidă a fasciculului pentru rezultate extrem de precise și fac parte dintr-o suită mai mare de război electronic .

Primii identificatori de direcție radio au folosit antene rotite mecanic care au comparat puterea semnalului și au urmat mai multe versiuni electronice ale aceluiași concept. Sistemele moderne folosesc compararea tehnicilor de fază sau doppler, care sunt în general mai ușor de automatizat. Primele seturi de radar britanice au fost denumite RDF, ceea ce se spune adesea că este o înșelăciune. De fapt, sistemele Chain Home foloseau receptoare RDF mari pentru a determina direcțiile. Sistemele radar ulterioare au folosit în general o singură antenă pentru difuzare și recepție și au determinat direcția din direcția spre care se îndrepta antena.

Antene

Găsirea direcției necesită o antenă direcțională (mai sensibilă în anumite direcții decât în ​​altele). Multe modele de antene prezintă această proprietate. De exemplu, o antenă Yagi are o direcționalitate destul de pronunțată, astfel încât sursa unei transmisii poate fi determinată pur și simplu îndreptând-o în direcția în care se obține nivelul maxim de semnal. Cu toate acestea, pentru a stabili direcția cu mare precizie este nevoie de o tehnică mai sofisticată.

Antena DF cu bucle încrucișate deasupra catargului unui remorcher

O formă simplă de antenă direcțională este antena buclă . Aceasta constă dintr-o buclă deschisă de sârmă pe un formator izolator sau un inel metalic care formează elementele antenei în sine, unde diametrul buclei este de o zecime din lungimea de undă sau mai mic la frecvența țintă. O astfel de antenă va fi cel mai puțin sensibilă la semnalele care sunt normale la fața ei și cele mai receptive la cele care se întâlnesc direct. Acest lucru este cauzat de ieșirea de fază a balizei de transmisie. Faza de schimbare a fazei determină o diferență între tensiunile induse de ambele părți ale buclei în orice moment. Activarea feței buclei nu va induce niciun flux de curent. Simpla rotire a antenei pentru a obține un semnal minim va stabili două direcții posibile din care ar putea emana semnalul. Se utilizează NULL, deoarece micile devieri unghiulare ale antenei buclei în apropierea pozițiilor sale nule produc schimbări mai mari în curent decât modificări unghiulare similare în apropierea pozițiilor maxime ale buclelor. Din acest motiv, se utilizează o poziție nulă a antenei buclei.

Pentru a rezolva cele două posibilități de direcție, se utilizează o antenă de sens, antena de sens nu are proprietăți direcționale, dar are aceeași sensibilitate ca antenă de buclă. Prin adăugarea semnalului constant de la antena de sens la semnalul alternativ de la semnalul buclei pe măsură ce se rotește, acum există o singură poziție, deoarece bucla se rotește 360 ​​° la care există curent zero. Acesta acționează ca un punct de referință de fază, permițând identificarea punctului nul corect, eliminând astfel ambiguitatea de 180 °. O antenă dipol prezintă proprietăți similare și este baza antenei Yagi, care este cunoscută ca antenă comună de televiziune VHF sau UHF . Pentru frecvențe mult mai mari, se pot utiliza antene parabolice , care sunt foarte direcționale, concentrând semnalele recepționate dintr-un unghi foarte îngust către un element receptor în centru.

Tehnici mai sofisticate, cum ar fi matricele în etape, sunt utilizate în general pentru sisteme de identificare a direcției foarte precise numite goniometre, cum ar fi cele utilizate în inteligența semnalelor (SIGINT). Un sistem DF bazat pe elicopter a fost proiectat de ESL Incorporated pentru guvernul SUA încă din 1972.

Vezi și: Căutare direcții radio
Antena RDF de pe acest B-17F este situată în carcasa proeminentă de lacrimă de sub nas.

DF cu un singur canal

DF cu un singur canal utilizează o rețea multi-antenă cu un receptor radio cu un singur canal. Această abordare a DF oferă unele avantaje și dezavantaje. Deoarece folosește un singur receptor, mobilitatea și consumul redus de energie sunt beneficii. Fără abilitatea de a privi fiecare antenă simultan (ceea ce ar fi cazul dacă s-ar folosi mai multe receptoare, cunoscute și sub denumirea de N-channel DF), trebuie să aibă loc operații mai complexe la antenă pentru a prezenta semnalul la receptor.

Cele două categorii principale în care se încadrează un algoritm DF cu un singur canal sunt compararea amplitudinii și compararea fazelor . Unii algoritmi pot fi hibrizi ai celor doi.

Tehnica pseudo-doppler DF

Tehnica pseudo-dopplerului este o metodă DF bazată pe faze care produce o estimare a rulmentului asupra semnalului primit prin măsurarea deplasării dopplerului indusă pe semnal prin eșantionarea în jurul elementelor unui tablou circular. Metoda originală utilizează o singură antenă care se mișca fizic într-un cerc, dar abordarea modernă utilizează o matrice circulară cu mai multe antene cu fiecare antenă eșantionată succesiv.

Watson-Watt sau matricea de antene Adcock

Articol principal: Antena Adcock

Tehnica Watson-Watt utilizează două perechi de antene Adcock pentru a efectua o comparație de amplitudine a semnalului primit. O pereche de antene Adcock este o pereche de antene monopol sau dipol care ia diferența vectorială a semnalului primit la fiecare antenă, astfel încât să existe o singură ieșire din perechea de antene. Două dintre aceste perechi sunt co-localizate, dar orientate perpendicular pentru a produce ceea ce se poate numi semnalele NS (Nord-Sud) și EW (Est-Vest) care vor fi apoi transmise către receptor. În receptor, unghiul de rulment poate fi apoi calculat luând arctangenta raportului dintre semnalul NS și EW.

Interferometru corelativ

Principiul de bază al interferometrului corelativ constă în compararea diferențelor de fază măsurate cu diferențele de fază obținute pentru un sistem de antenă DF de configurație cunoscută la un unghi de undă cunoscut (set de date de referință). Comparația se face pentru diferite valori azimutale ale setului de date de referință, rulmentul se obține din datele pentru care coeficientul de corelație este maxim. Dacă elementele de antenă de identificare a direcției au un model de antenă direcțională, atunci amplitudinea poate fi inclusă în comparație.

Utilizare

Navigare radio

Un căutător de direcție automat, portabil, cu baterie GT-302, pentru utilizare marină

Găsirea direcției radio , căutarea direcției radio sau RDF , a fost odată principalul ajutor de navigație pentru aviație. ( Găsirea distanței și direcției a fost abrevierea folosită pentru a descrie predecesorul la radar .) Balizele au fost folosite pentru a marca intersecțiile „căilor aeriene” și pentru a defini procedurile de plecare și apropiere. Deoarece semnalul transmis nu conține informații despre rulment sau distanță, aceste balize sunt denumite balize nedirecționale sau NDB în lumea aviației . Începând cu anii 1950, aceste balize au fost în general înlocuite de sistemul VOR , în care direcția către ajutorul de navigație este măsurată de la semnalul însuși; de aceea nu este necesară nicio antenă specializată cu piese mobile. Datorită costurilor relativ mici de achiziție, întreținere și calibrare, NDB-urile sunt încă utilizate pentru a marca locațiile aerodromurilor mai mici și a locurilor importante de aterizare a elicopterelor.

Informații suplimentare: baliză nedirecțională

Balizele similare situate în zonele de coastă sunt folosite și pentru navigația radio maritimă, deoarece aproape fiecare navă este (a fost) echipată cu un dispozitiv de căutare a direcției (Appleyard 1988). Foarte puține balize de navigație radio rămân active astăzi (2008), deoarece navele au abandonat navigația prin RDF în favoarea navigației GPS.

În Regatul Unit, un serviciu de identificare a direcției radio este disponibil pe 121,5 MHz și 243,0 MHz pentru piloții de aeronave aflați în primejdie sau care se confruntă cu dificultăți. Serviciul se bazează pe un număr de unități radio DF situate pe aeroporturi civile și militare și pe anumite stații HM Coastguard. Aceste stații pot obține o „remediere” a aeronavei și o pot transmite prin radio către pilot.

Localizarea transmițătorilor ilegali, secreți sau ostili - SIGINT

Vezi și: Găsirea direcției de înaltă frecvență și SIGINT
Camion British Post Office RDF din 1927 pentru găsirea emițătorilor radio amatori fără licență . De asemenea, a fost folosit pentru a găsi receptoare regenerative care radiau semnale interferente din cauza feedback-ului, o mare problemă în acel moment.

În cel de-al doilea război mondial s-au depus eforturi considerabile pentru identificarea emițătoarelor secrete din Regatul Unit (Marea Britanie) prin găsirea direcției. Lucrarea a fost întreprinsă de Serviciul de Securitate Radio (RSS, de asemenea, MI8). Inițial, trei stații U Adcock HF DF au fost înființate în 1939 de către Posta Generală. Odată cu declarația de război, MI5 și RSS au dezvoltat acest lucru într-o rețea mai mare. Una dintre problemele legate de asigurarea acoperirii unei zone de dimensiunea Marii Britanii a fost instalarea unor stații DF suficiente pentru a acoperi întreaga zonă pentru a primi semnale de undă de cer reflectate înapoi de la straturile ionizate din atmosfera superioară. Chiar și cu rețeaua extinsă, unele zone nu au fost acoperite în mod adecvat și din acest motiv au fost recrutați până la 1700 de interceptori voluntari (radioamatori) pentru a detecta transmisiile ilicite pe unde de sol . În plus față de stațiile fixe, RSS a rulat o flotă de vehicule mobile DF în Marea Britanie. Dacă un emițător a fost identificat de stațiile DF fixe sau de interceptorii voluntari, unitățile mobile au fost trimise în zonă pentru a acasă la sursă. Unitățile mobile erau sisteme HF Adcock.

În 1941, doar câteva emițătoare ilicite fuseseră identificate în Marea Britanie; aceștia erau agenți germani care fuseseră „întoarse” și transmiteau sub controlul MI5. Au fost înregistrate multe transmisii ilicite provenind de la agenți germani din țările ocupate și neutre din Europa. Traficul a devenit o sursă valoroasă de informații, astfel încât controlul RSS a fost ulterior transmis către MI6, care era responsabil pentru informațiile secrete provenind din afara Regatului Unit. Găsirea direcției și operația de interceptare au crescut ca volum și importanță până în 1945.

Stațiile HF Adcock erau formate din patru  antene verticale de 10 m care înconjurau o mică colibă ​​de operatori din lemn conținând un receptor și un radio- goniometru care a fost reglat pentru a obține rulmentul. De asemenea, au fost utilizate stații MF care au folosit patru  antene turn cu zăbrele de 30 m. În 1941, RSS a început să experimenteze cu căutători de direcții de buclă distanțată, dezvoltate de compania Marconi și Laboratoarele Naționale de Fizică din Marea Britanie . Acestea constau din două bucle paralele de 1 până la 2  m pătrat pe capetele unei  grinzi rotative de 3 până la 8 m. Unghiul fasciculului a fost combinat cu rezultatele unui radiogoniometru pentru a furniza un rulment. Rulmentul obținut a fost considerabil mai ascuțit decât cel obținut cu sistemul U Adcock, dar au existat ambiguități care au împiedicat instalarea a 7 sisteme SL DF propuse. Operatorul unui sistem SL se afla într-un rezervor subteran metalic sub antene. Au fost instalate șapte tancuri subterane, dar doar două sisteme SL au fost instalate la Wymondham, Norfolk și Weaverthorp din Yorkshire. Au fost întâmpinate probleme care au dus la restul de cinci tancuri subterane echipate cu sisteme Adcock. Antena SL rotativă a fost rotită manual, ceea ce înseamnă că măsurătorile succesive au fost mult mai lente decât rotirea cadranului unui goniometru.

O altă stație experimentală cu buclă distanțată a fost construită în apropiere de Aberdeen în 1942 pentru Ministerul Aerului, cu un buncăr semi-subteran din beton. Și acest lucru a fost abandonat din cauza dificultăților de operare. Până în 1944, o versiune mobilă a buclei spațiate a fost dezvoltată și a fost utilizată de RSS în Franța în urma invaziei Normandiei de Ziua Z.

Armata SUA a folosit o versiune bazată pe țărm a buclei spațiate DF în al doilea război mondial numită „DAB”. Buclele au fost plasate la capetele unei grinzi, toate acestea fiind amplasate în interiorul unei colibe de lemn cu electronica într-un dulap mare cu afișaj de tub catodic în centrul fasciculului și totul fiind sprijinit pe o axă centrală. Fascicul a fost rotit manual de către operator.

Royal Navy a introdus o variație pe stațiile HF DF pe uscat în 1944 pentru a urmări submarinele din Atlanticul de Nord. Au construit grupuri de cinci stații DF, astfel încât rulmenții de la stațiile individuale din grup să poată fi combinate și să fie luată o medie. Patru astfel de grupuri au fost construite în Marea Britanie la Ford End , Essex, Goonhavern, Cornwall, Anstruther și Bowermadden în Highlands. Grupuri au fost, de asemenea, construite în Islanda, Nova Scoția și Jamaica. Îmbunătățirile anticipate nu au fost realizate, dar lucrările statistice ulterioare au îmbunătățit sistemul, iar grupurile Goonhavern și Ford End au continuat să fie utilizate în timpul Războiului Rece. Marina Regală a desfășurat, de asemenea, echipamente de identificare a direcției pe nave însărcinate cu războiul anti-submarin pentru a încerca să localizeze submarinele germane, de exemplu, fregatele din clasa Căpitan au fost echipate cu o antenă de identificare a direcției cu frecvență medie (MF / DF) (antena a fost montată în față a podului) și găsirea direcției de înaltă frecvență (HF / DF, "Huffduff") Antena tip FH 4 (antena a fost montată deasupra catargului principal).

O referință cuprinzătoare cu privire la găsirea direcției fără fir din cel de-al doilea război mondial a fost scrisă de Roland Keen, care a fost șeful departamentului de inginerie al RSS la Hanslope Park. Sistemele DF menționate aici sunt descrise în detaliu în cartea sa din 1947, Wireless Direction Finding .

La sfârșitul celui de-al doilea război mondial, o serie de stații RSS DF au continuat să funcționeze în Războiul Rece sub controlul GCHQ, organizația britanică SIGINT.

Majoritatea eforturilor de găsire a direcției din Marea Britanie acum (2009) sunt direcționate către localizarea transmisiunilor radio neautorizate „ pirate ” FM. O rețea de direcționare VHF acționate de la distanță sunt utilizate în principal situate în jurul marilor orașe. Transmisiile de la telefoanele mobile sunt, de asemenea, localizate printr-o formă de identificare a direcției, utilizând puterea comparativă a semnalului la receptorii locali „celulari” din jur. Această tehnică este adesea oferită ca dovadă în urmăririle penale din Marea Britanie și, aproape sigur, în scopuri SIGINT.

Ajutor de urgență

Articol principal: Căutare direcție radio

Există multe forme de emițătoare radio concepute pentru a transmite ca un far în caz de urgență, care sunt utilizate pe scară largă pe aeronavele civile . Balizele moderne de urgență transmit un semnal unic de identificare care poate ajuta la găsirea locației exacte a transmițătorului.

Salvare avalanșă

Transmițătoarele pentru avalanșe funcționează pe un standard de 457 kHz și sunt proiectate pentru a ajuta la localizarea persoanelor și echipamentelor îngropate de avalanșe. Deoarece puterea balizei este atât de redusă, direcționalitatea semnalului radio este dominată de efecte de câmp la scară mică și poate fi destul de complicată de localizat.

Urmărirea faunei sălbatice

Localizarea animalelor marcate radio prin triangulare este o tehnică de cercetare aplicată pe scară largă pentru studierea mișcării animalelor . Tehnica a fost utilizată pentru prima dată la începutul anilor 1960, când tehnologia utilizată la emițătoarele radio și la baterii le-a făcut suficient de mici pentru a fi atașate animalelor sălbatice și este acum larg desfășurată pentru o varietate de studii asupra vieții sălbatice. Majoritatea urmăririi animalelor sălbatice care au fost atașate cu echipamente de transmisie radio se face de către un cercetător de teren folosind un dispozitiv portabil de identificare a direcției radio. Când cercetătorul dorește să localizeze un anumit animal, locația animalului poate fi triangulată prin determinarea direcției către emițător din mai multe locații.

Recunoaştere

Tablourile pe etape și alte tehnici avansate de antenă sunt utilizate pentru a urmări lansările de sisteme de rachete și traiectoriile rezultate ale acestora. Aceste sisteme pot fi utilizate în scopuri defensive și, de asemenea, pentru a obține informații despre funcționarea rachetelor aparținând altor națiuni. Aceleași tehnici sunt utilizate pentru detectarea și urmărirea aeronavelor convenționale .

Sport

Articol principal: Găsirea direcției radio amatori

Evenimentele găzduite de grupuri și organizații care implică utilizarea abilităților de găsire a direcției radio pentru a localiza emițătoare în locații necunoscute au fost populare de la sfârșitul celui de-al doilea război mondial. Multe dintre aceste evenimente au fost promovate mai întâi pentru a practica utilizarea tehnicilor de găsire a direcției radio în scopuri de răspuns la dezastre și de apărare civilă sau pentru a practica localizarea sursei de interferență cu frecvența radio . Cea mai populară formă a sportului, la nivel mondial, este cunoscută sub numele de Radio Radio Finding sau prin abrevierea internațională ARDF. O altă formă a activității, cunoscută sub numele de „ vânătoare transmițătoare ”, „vânătoare T mobilă” sau „vânătoare vulpe” are loc într-o zonă geografică mai extinsă, cum ar fi zona metropolitană a unui oraș mare, iar majoritatea participanților călătoresc cu autovehicule în timp ce încercarea de a localiza unul sau mai multe emițătoare radio cu tehnici de găsire a direcției radio.

Vezi si

Referințe

Bibliografie