Căutare direcție radio - Radio direction finder
Un dispozitiv de căutare a direcției radio ( RDF ) este un dispozitiv pentru găsirea direcției sau a direcției către o sursă radio . Actul de măsurare a direcției este cunoscut sub numele de identificare a direcției radio sau, uneori, simplă găsire a direcției ( DF ). Folosind două sau mai multe măsurători din locații diferite, se poate determina locația unui transmițător necunoscut; alternativ, utilizând două sau mai multe măsurători ale emițătoarelor cunoscute, se poate determina locația unui vehicul. RDF este utilizat pe scară largă ca sistem de radionavigație , în special la bărci și avioane.
Sistemele RDF pot fi utilizate cu orice sursă radio, deși dimensiunea antenelor receptorului este o funcție a lungimii de undă a semnalului; 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 foarte utile pentru navigația marină, deoarece pot parcurge distanțe foarte mari și „peste orizont”, ceea ce este valoros pentru nave atunci când linia de vizibilitate poate fi de doar câteva zeci de kilometri. Pentru avioane, unde orizontul la altitudine se poate extinde la sute de kilometri, pot fi utilizate frecvențe mai mari, permițând antene mult mai mici. Un dispozitiv de căutare automată a direcției, adesea capabil să fie reglat la emițătoarele radio AM comerciale , este o caracteristică a aproape tuturor avioanelor moderne.
Pentru militari, sistemele RDF sunt o componentă cheie a sistemelor și metodologiilor de inteligență a semnalelor . Capacitatea de a localiza poziția unui emițător inamic a fost de nepretuit , deoarece primul război mondial , și a jucat un rol - cheie în al doilea război mondial e Bătălia Atlanticului . 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 folosesc adesea antene cu matrice fazată pentru a permite formarea rapidă a fasciculului pentru rezultate foarte precise. Acestea sunt în general integrate într-o suită mai largă de război electronic .
Mai multe generații distincte de sisteme RDF au fost utilizate de-a lungul timpului, în urma noilor dezvoltări în domeniul electronicii. Primele sisteme foloseau antene rotite mecanic care comparau puterea semnalului din direcții diferite 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. Sistemele moderne de căutare a direcției pseudo-Doppler constau dintr-un număr de antene mici fixate pe un card circular, cu toate procesările efectuate de software.
Primele seturi de radar britanice au fost, de asemenea, denumite RDF, care era o tactică înșelătoare. Cu toate acestea, terminologia nu era inexactă; sistemele Chain Home foloseau difuzoare omnidirecționale separate și receptoare RDF mari pentru a determina locația țintelor.
Istorie
Sisteme mecanice timpurii
Primele experimente în RDF au fost efectuate în 1888, când Heinrich Hertz a descoperit direcționalitatea unei bucle deschise de sârmă folosită ca antenă. Când antena a fost aliniată, astfel încât să arate spre semnal, a produs un câștig maxim și a produs semnal zero atunci când este cu fața aprinsă. Aceasta însemna că există întotdeauna o ambiguitate în locația semnalului, ar produce aceeași ieșire dacă semnalul se află în fața sau în spatele antenei. Experienții ulteriori au folosit, de asemenea , antene dipol , care au funcționat în sens opus, atingând câștigul maxim în unghi drept și zero atunci când sunt aliniați. Sistemele RDF care utilizează antene cu buclă sau dipol mecanic au fost obișnuite la începutul secolului al XX-lea. Exemple proeminente au fost brevetate de John Stone Stone în 1902 (brevetul SUA 716.134) și de Lee de Forest în 1904 (brevetul SUA 771.819), printre multe alte exemple.
La începutul anilor 1900, mulți experimentatori căutau modalități de a utiliza acest concept pentru localizarea poziției unui transmițător. Sistemele radio timpurii foloseau în general semnale cu undă medie și undă lungă . Undele lungi, în special, aveau caracteristici bune de transmisie pe distanțe lungi datorită interacțiunii lor limitate cu solul și, prin urmare, asigurau o propagare excelentă a undei solului pe traseu de cerc mare, care arăta direct către emițător. Metodele de efectuare a RDF pe semnale cu undă lungă au fost un domeniu major de cercetare în anii 1900 și 1910.
Antenele sunt, în general, sensibile la semnale numai atunci când au o lungime care este o porțiune semnificativă a lungimii de undă sau mai mare. Majoritatea antenelor au cel puțin ¼ din lungimea de undă, mai frecvent ½ - dipolul cu jumătate de undă este un design foarte comun. Pentru utilizarea cu unde lungi, acest lucru a dus la antene cu buclă de zeci de picioare pe o parte, adesea cu mai multe bucle conectate împreună pentru a îmbunătăți semnalul. O altă soluție la această problemă a fost dezvoltată de compania Marconi în 1905. Aceasta a constat dintr-un număr de fire orizontale sau tije aranjate pentru a indica spre exterior din punctul central comun. Un comutator mobil ar putea conecta perechi opuse ale acestor fire pentru a forma un dipol și, prin rotirea comutatorului, operatorul ar putea căuta cel mai puternic semnal. Marina SUA a depășit această problemă, până la un punct, de către antenele de pe navele de montaj și care navighează în cercuri. Astfel de sisteme erau dificil și impracticabile pentru multe utilizări.
Bellini-Tosi
O îmbunătățire cheie a conceptului RDF a fost introdusă de Ettore Bellini și Alessandro Tosi în 1909 (brevetul SUA 943.960). Sistemul lor folosea două astfel de antene, de obicei bucle triunghiulare, dispuse în unghi drept. Semnalele de la antene au fost trimise în bobine înfășurate în jurul unui cadru de lemn de dimensiunea unei cutii pop , unde semnalele au fost recreate în zona dintre bobine. O antenă buclă separată situată în această zonă ar putea fi apoi utilizată pentru a căuta direcția, fără a muta antenele principale. Acest lucru a făcut RDF atât de mult mai practic, încât a fost în curând folosit pentru navigație la scară largă, adesea ca prima formă de navigație aeriană disponibilă, cu stații de la sol care intrau pe aparatul de radio al aeronavei. Căutătorii de direcții Bellini-Tosi au fost răspândiți între anii 1920 și 1950.
Sistemele RDF timpurii au fost utile în mare măsură pentru semnale de undă lungă. Aceste semnale sunt capabile să parcurgă distanțe foarte mari, ceea ce le-a făcut utile pentru navigația pe distanțe lungi. Cu toate acestea, atunci când aceeași tehnică era aplicată la frecvențe mai mari, au apărut dificultăți neașteptate din cauza reflectării semnalelor de înaltă frecvență din ionosferă . Stația RDF ar putea primi acum același semnal din două sau mai multe locații, mai ales în timpul zilei, ceea ce a cauzat probleme serioase în încercarea de a determina locația. Acest lucru a condus la introducerea în 1919 a antenei Adcock (brevetul britanic 130.490), care consta din patru antene monopol separate în loc de două bucle, eliminând componentele orizontale și astfel filtrând undele cerului reflectate în jos din ionosferă. Antenele Adcock au fost utilizate pe scară largă cu detectoarele Bellini-Tosi încă din anii 1920.
Corpul aerian al armatei SUA în 1931 a testat o busolă radio primitivă care folosea stațiile comerciale ca far.
Huff-duff
O îmbunătățire majoră a tehnicii RDF a fost introdusă de Robert Watson-Watt ca parte a experimentelor sale de localizare a fulgerelor ca metodă de indicare a direcției furtunilor pentru marinari și aviatori. Lucrase de mult cu sistemele RDF convenționale, dar acestea erau greu de utilizat cu semnalele trecătoare de la fulgere. De la început a sugerat utilizarea unui osciloscop pentru a le afișa aproape instantaneu, dar nu a reușit să găsească unul în timp ce lucra la Met Office . Când biroul a fost mutat, noua sa locație la o stație de cercetare radio i-a furnizat atât o antenă Adcock, cât și un osciloscop adecvat, iar el a prezentat noul său sistem în 1926.
În ciuda faptului că sistemul a fost prezentat public și măsurătorile sale raportate pe scară largă în Marea Britanie, impactul său asupra artei RDF pare să fie în mod ciudat redus. Dezvoltarea a fost limitată până la mijlocul anilor 1930, când diferitele forțe britanice au început dezvoltarea și desfășurarea pe scară largă a acestor sisteme de „ găsire a direcției de înaltă frecvență ” sau „huff-duff”. Pentru a evita RDF, germanii au dezvoltat o metodă de difuzare a mesajelor scurte sub 30 de secunde, mai puțin de cele 60 de secunde de care un operator Bellini-Tosi instruit ar avea nevoie pentru a determina direcția. Cu toate acestea, acest lucru a fost inutil împotriva sistemelor huff-duff, care au localizat semnalul cu o precizie rezonabilă în câteva secunde. Germanii nu au devenit conștienți de această problemă până la mijlocul războiului și nu au luat nicio măsură serioasă pentru a o aborda până în 1944. Până în acel moment, huff-duff ajutase în aproximativ un sfert din toate atacurile de succes asupra U- flota de bărci.
Sisteme postbelice
Mai multe evoluții în electronică în timpul și după cel de- al doilea război mondial au condus la metode mult îmbunătățite de comparare a fazei semnalelor. În plus, bucla blocată de fază (PLL) a permis o reglare ușoară a semnalelor, care nu ar deriva. Tuburile de vid îmbunătățite și introducerea tranzistorului au permis utilizarea frecvențelor mult mai mari din punct de vedere economic, ceea ce a dus la utilizarea pe scară largă a semnalelor VHF și UHF. Toate aceste schimbări au dus la noi metode de RDF și la utilizarea mult mai largă a acestuia.
În special, capacitatea de a compara faza semnalelor a dus la compararea fazelor RDF, care este probabil cea mai larg utilizată tehnică în prezent. În acest sistem, antena buclă este înlocuită cu un singur miez de ferită în formă pătrată , cu bucle înfășurate în jurul a două laturi perpendiculare. Semnalele de la bucle sunt trimise într-un circuit de comparare a fazelor, a căror fază de ieșire indică direct direcția semnalului. Trimitând acest lucru către orice mod de afișare și blocând semnalul utilizând PLL, direcția către radiodifuzor poate fi afișată continuu. Funcționarea constă exclusiv în reglarea în stație și este atât de automată încât aceste sisteme sunt denumite în mod normal căutare automată a direcției .
Au fost dezvoltate alte sisteme în care este necesară o mai mare precizie. Sistemele de căutare a direcției radio pseudo-doppler utilizează o serie de antene dipol mici aranjate într-un inel și utilizează comutarea electronică pentru a selecta rapid dipoli pentru a se alimenta în receptor. Semnalul rezultat este procesat și produce un ton audio. Faza acelui ton audio, în comparație cu rotația antenei, depinde de direcția semnalului. Sistemele Doppler RDF au înlocuit pe scară largă sistemul huff-duff pentru localizarea semnalelor trecătoare.
Operațiune
Găsirea direcției radio funcționează comparând puterea semnalului unei antene direcționale îndreptate în direcții diferite. La început, acest sistem a fost utilizat de operatorii radio terestri și marini, utilizând o antenă simplă cu buclă rotativă conectată la un indicator de grad. Acest sistem a fost adoptat ulterior atât pentru nave, cât și pentru aeronave și a fost utilizat pe scară largă în anii 1930 și 1940. Pe avioanele dinaintea celui de-al doilea război mondial , antenele RDF sunt ușor de identificat ca bucle circulare montate deasupra sau dedesubtul fuselajului. Mai târziu, proiectele antenelor cu buclă au fost închise într-un carenaj aerodinamic, în formă de lacrimă. La nave și bărci mici, receptoarele RDF au folosit mai întâi antene mari de buclă metalică, asemănătoare cu avioanele, dar de obicei montate deasupra unui receptor portabil alimentat cu baterii.
În utilizare, operatorul RDF ar trebui să regleze mai întâi receptorul la frecvența corectă, apoi să rotească manual bucla, fie ascultând, fie urmărind un contor S pentru a determina direcția nulului (direcția la care un semnal dat este cel mai slab) dintr-o lungime emisie de undă (LW) sau undă medie (AM) sau stație de emisie (ascultarea nulă este mai ușoară decât ascultarea unui semnal de vârf și, în mod normal, produce un rezultat mai precis). Această valoare nulă a fost simetrică și, astfel, a identificat atât direcția corectă de grad marcată pe trandafirul radioului radio, cât și opusul său de 180 de grade. În timp ce aceste informații furnizau o linie de bază de la stație la navă sau aeronavă, navigatorul trebuia să știe în prealabil dacă se afla la est sau la vest de stație, pentru a evita trasarea unui traseu de 180 de grade în direcția greșită. Luând rulmenți către două sau mai multe stații de difuzare și trasând rulmenții care se intersectează, navigatorul ar putea localiza poziția relativă a navei sau a aeronavei sale.
Mai târziu, seturile RDF au fost echipate cu antene cu buclă de ferită rotative , ceea ce a făcut seturile mai portabile și mai puțin voluminoase. Unele au fost ulterior parțial automatizate cu ajutorul unei antene motorizate (ADF). O descoperire esențială a fost introducerea unei bici verticale secundare sau a unei antene „de simț” care a confirmat rulmentul corect și a permis navigatorului să evite trasarea unui rulment la 180 de grade opus poziției reale. US Navy RDF modelul SE 995 care folosea o antenă senzorială era în uz în timpul primului război mondial. După cel de-al doilea război mondial, au existat multe firme mici și mari care făceau echipamente pentru găsirea direcției pentru marinari, inclusiv Apelco , Aqua Guide, Bendix , Gladding (și divizia sa marină, Pearce-Simpson), Ray Jefferson, Raytheon și Sperry . Prin anii 1960, multe dintre aceste radiouri au fost de fapt realizate de producătorii de electronice japoneze, cum ar fi Panasonic , Fuji Onkyo , și Koden Electronics Co, Ltd. echipamente de aeronave în, Bendix și Sperry-Rand au fost două dintre mai mari producători de aparate de radio și RDF instrumente de navigație.
Transmițătoarele radio pentru navigația aeriană și maritimă sunt cunoscute sub numele de balize și sunt echivalentul radio al unui far . Transmițătorul trimite o transmisie de cod Morse pe o frecvență de undă lungă (150 - 400 kHz) sau undă medie (520 - 1720 kHz) încorporând identificatorul stației care este utilizat pentru a confirma stația și starea sa operațională. Deoarece aceste semnale radio sunt difuzate în toate direcțiile (omnidirecționale) în timpul zilei, semnalul în sine nu include informații de direcție, iar aceste balize sunt, prin urmare, denumite balize nedirecționale sau NDB-uri .
Întrucât banda comercială de difuzare cu unde medii se încadrează în capacitatea de frecvență a majorității unităților RDF, aceste stații și emițătoarele lor pot fi utilizate și pentru corecții de navigație. În timp ce aceste posturi de radio comerciale pot fi utile datorită puterii lor mari și a amplasării lor în apropierea marilor orașe, pot exista câteva mile între locația postului și emițătorul acestuia, ceea ce poate reduce precizia „remediului” atunci când se apropie de orașul difuzat. Un al doilea factor este că unele posturi de radio AM sunt omnidirecționale în timpul zilei și trec la un semnal direcțional de putere redusă pe timp de noapte.
RDF a fost odată forma principală de navigație aeriană și maritimă. Șiruri de balize au format „căi aeriene” de la aeroport la aeroport, în timp ce NDB-urile marine și stațiile comerciale de difuzare AM au oferit asistență de navigație pentru ambarcațiunile mici care se apropiau de o aterizare. În Statele Unite, posturilor de radio AM comerciale li s-a cerut să-și difuzeze identificatorul de stație o dată pe oră pentru a fi folosit de piloți și marinari ca ajutor pentru navigație. În anii 1950, NDB-urile de aviație au fost mărite de sistemul VOR , în care direcția către baliză poate fi extrasă din semnal în sine, de unde distincția cu balizele nedirecționale. Utilizarea NDB-urilor marine a fost în mare parte înlocuită în America de Nord prin dezvoltarea LORAN în anii 1970.
Astăzi, multe NDB-uri au fost scoase din funcțiune în favoarea sistemelor de navigație GPS mai rapide și mult mai precise . Cu toate acestea, costul redus al sistemelor ADF și RDF și existența continuă a stațiilor de difuzare AM (precum și a balizelor de navigație în țările din afara Americii de Nord) au permis acestor dispozitive să funcționeze în continuare, în primul rând pentru a fi utilizate în ambarcațiuni mici, ca adjuvant sau backup pe GPS.
Vezi si
- Căutare direcție automată (ADF)
- Acronime și abrevieri în avionică
- Găsirea direcției radio amatori
- Bătălia Grinzilor
- Cardioid
- Găsirea direcției
- HF / DF
- Navigare radio
- Sistem de localizare în timp real
- Analiza traficului
- VOR / DME
- Wullenweber
Note
Referințe
- Boffa PD, Sistemi per la radionavigazione , ed. Siderea, 1985
- V. Piazzi, Sistemi radioelettrici di navigare , vol V, AA
- R. Trebbi, Strumenti și navigare , ed. Aviabooks
- F. Francescotti, Avionica , ed. Aviolibri
- Alessandro Tosi, Il radiogoniometro Bellini-Tosi alla esposizione di storia della scienza in Firenze , Taranto, A. Dragone & C., 1929
- Alessandro Tosi, L 'enciclopedia italiana e radiosistema a radiogoniometro , Pisa: Pacini Mariotti, 1932
- Alessandro Tosi, Contributo della marina all'avvento del radiogoniometro , Roma, E. Pinci, 1929
- Apparati RT di bordo e radiogoniometro , Ministero dell'Aeronautica Ispettorato Scuole, Roma, 1937
- Impiego pratico del radiogoniometro d. FM 3 sulle navi mercantili , Ministero delle Poste e delle telecomunicazioni, Roma, Ist. Poligr. Dello Stato, 1950
- Musella, Francesco, Il radiogoniometro ed il radiofaro nella navigazione , Roma, Ist. Poligr. Dello Stato, 1934
- Radiogoniometro Marconi per uso di bordo, tipo 11 F , Roma, tip. Radio, 1926
- Catalogo ilustrato per radiogoniometro p 57 n campale , Siemens SA, Ministero della guerra, Direcția superioară a serviciului studiilor și esperimentelor Geniului, Milano, Tip. L. Toffaloni, 1942
- Istruzioni per l'uso dell'alimentatore Tf. 109 per radiogoniometro e ricevitore , a cura della Siemens, Ministero dell'aeronautica, Ufficio centrale delle telecomunicazioni e dell'assistenza del volo, Milano, 1941
- Catalogo ilustrato per impianto radiogoniometro E 393 N. ,: Siemens S. n., Ministero della guerra. Direcția superioară a serviciului de studii și esperimente ale geniului, Milano, tip. L. Toffaloni, 1942
- 21: Il radiogoniometro Marconi per stazioni terrestri: tipo 12 A , Roma, Ufficio Marconi, 1923
Tosi, A., Il radiosistema Bellini-Tosi a radiogoniometro: ultima fază , Taranto, Arti Grafiche Dragone, 1930
- 23: Radiogoniometro Marconi per aeromobili: tipo 14: codice Airder , Roma, Ufficio Marconi, e Genova, Officine radiotelegrafiche Marconi, 1923
- Il radiogoniometro și radiotelegrafia directivă , Ufficio Marconi, Roma, Tip. Ed. Unione, 1920
- Radiogoniometro Marconi per uso di bordo: Descriere, funcționare, întreținere, impiego nella condotta della navigazione , Genova: Tip. Radio, 1923
- Radiogoniometro Marconi r: GM 3. Istruzioni per l'uso și la întreținere a semnale de alarmă automatice fără reglare tip s. F. R , Roma: Ist. Profesa. G. Marconi, 1950
- Radiogoniometro Marconi r: GM 3. Istruzioni per l'uso și la întreținere a semnale de alarmă automatice fără reglare tip s. F. R , Roma, Ist. Professionale di Radiotelegrafia G. Marconi, 1949
- Radiogoniometro indicatore di rotta tipo P 63 N: descriere și instrucțiuni pentru uz, Ministero dell'aeronautica, Divisione generale delle costruzioni e degli approvvigionamenti, Milano, Toffaloni, 1941
- Impiego pratico del radiogoniometro DFM3 sulle navi mercantili , Ministero delle Comunicazioni, Direzione generale delle poste e dei telegrafi, Roma, Ist. Poligr. Stato, 1932
- Vincenzo Nastro, Gabriella Messina, "Navigazione radiogoniometrica", în Navigazione aerea , Milano, Hoepli, 2002, pp. 213–262. ISBN 88-203-2942-5