Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оборудование FH4 "Хафф-Дафф" на корабле-музее HMS  Belfast.

Высокочастотный пеленгатор , обычно известный под аббревиатурой HF / DF или прозвищем huff-duff , представляет собой тип радиопеленгатора (RDF), появившийся во время Второй мировой войны . Высокая частота (HF) относится к радиодиапазону, который позволяет эффективно передавать данные на большие расстояния; например, между подводными лодками и их наземным штабом. HF / DF в основном использовался для перехвата вражеских радиостанций во время их передачи, хотя он также использовался для обнаружения дружественных самолетов в качестве средства навигации. Базовая техника используется по сей день как одна из фундаментальных дисциплин радиотехнической разведки., хотя обычно включается в более крупный набор радиосистем и радаров вместо того, чтобы быть отдельной системой.

В HF / DF использовался набор антенн для приема одного и того же сигнала в немного разных местах или под разными углами, а затем эти небольшие различия в сигнале использовались для отображения пеленга передатчика на дисплее осциллографа . В более ранних системах использовалась антенна ( или соленоид ) с механическим вращением и оператор, отслеживающий пики или нули в сигнале, определение которых требовало значительного времени, часто порядка минуты или более. Дисплей HF / DF производил те же измерения практически мгновенно, что позволяло улавливать мимолетные сигналы, например, от флота подводных лодок.

Система была первоначально разработана Робертом Уотсоном-Уоттом, начиная с 1926 года, как система обнаружения молний . Его роль в разведке не была развита до конца 1930-х годов. В начале войны блоки HF / DF пользовались очень большим спросом, и в их распределении было серьезное соперничество между службами. Раннее использование было в RAF Fighter Command как часть системы Dowding управления перехватом, в то время как наземные единицы были также широко используются для сбора информации для Адмиралтейства , чтобы определить местонахождение подлодки. В период с 1942 по 1944 год более мелкие единицы стали широко доступны и были обычным оборудованием на кораблях Королевского военно-морского флота . По оценкам, на HF / DF пришлось 24% всех подводных лодок, потопленных во время войны.[1]

Основная концепция также известна под несколькими альтернативными названиями, включая определение направления катодных лучей (CRDF), [2] Twin Path DF, [1] и для ее изобретателя, Watson-Watt DF или Adcock / Watson-Watt, когда антенна считается. [3]

История [ править ]

Перед HF / DF [ править ]

Радиопеленгация была широко распространенной техникой еще до Первой мировой войны и использовалась как для военно-морской, так и для воздушной навигации. В базовой концепции использовалась рамочная антенна , в своей основной форме просто круглая петля из провода с окружностью, определяемой частотным диапазоном сигналов, которые должны быть обнаружены. Когда контур выровнен под прямым углом к ​​сигналу, сигнал в двух половинах контура отменяется, вызывая внезапное падение выходного сигнала, известное как «ноль».

Ранние системы радиопеленгации использовали рамочную антенну, которую можно было вращать механически. Оператор настраивался на известную радиостанцию, а затем вращал антенну до исчезновения сигнала. Это означало, что антенна теперь находилась под прямым углом к ​​телевещательной, хотя могла быть по обе стороны от антенны. Путем нескольких таких измерений или использования какой-либо другой формы навигационной информации для устранения одного из неоднозначных направлений можно определить пеленг на радиовещательную станцию.

В 1907 году Этторе Беллини и Алессандро Този представили усовершенствование, которое значительно упростило систему пеленгования в некоторых установках. Однокамерная антенна была заменена двумя антеннами, расположенными под прямым углом. Выход каждого был направлен на отдельный провод с петлей, или, как их называют в этой системе, «катушка возбуждения». Две такие катушки, по одной на каждую антенну, расположены близко друг к другу под прямым углом. Сигналы от двух антенн генерировали магнитное поле в пространстве между катушками, которое улавливалось вращающимся соленоидом , «поисковой катушкой». Максимальный сигнал генерировался, когда поисковая катушка была выровнена с магнитным полем от катушек возбуждения, которое находилось под углом сигнала по отношению к антеннам. Это устранило необходимость в перемещении антенн.ВРадиопеленгатор Беллини-Този (BT) широко использовался на кораблях, хотя вращающиеся петли по-прежнему использовались на самолетах, поскольку они обычно были меньше по размеру. [4]

Для работы всех этих устройств требовалось время. Обычно радист сначала использует обычные радиотюнеры, чтобы найти рассматриваемый сигнал, либо используя антенну (антенны) пеленгации, либо отдельную ненаправленную антенну. После настройки оператор вращал антенны или гониометр в поисках пиков или нулей в сигнале. Хотя приблизительное местоположение можно было найти, быстро вращая ручку управления, для более точных измерений оператору приходилось «охотиться» все более мелкими движениями. С периодическими сигналами, такими как азбука Морзе , или сигналами на грани приема, это был трудный процесс. Обычно указывалось фиксированное время порядка одной минуты. [4]

Некоторая работа по автоматизации системы BT была проведена незадолго до начала Второй мировой войны, особенно французскими инженерами Морисом Делорейном и Анри Бузиньи , работавшими во французском подразделении американской ITT Corporation . Их система моторизовала поисковую катушку, а также круглую карту дисплея, которая вращалась синхронно. Лампа на карте дисплея была привязана к выходу гониометра и вспыхивала всякий раз, когда показывала правильное направление. При быстром вращении, около 120 об / мин, вспышки сливались в одну (блуждающую) точку, указывающую направление. Команда уничтожила всю свою работу во французском офисе и покинула Францию ​​в 1940 году, незадолго до вторжения Германии, и продолжила разработку в США. [5]

Уотсон-Ватт [ править ]

Давно было известно, что молния излучает радиосигналы. Сигнал распространяется по многим частотам, но особенно силен в длинноволновом спектре, который был одной из основных радиочастот для военно-морской связи дальнего действия. Роберт Уотсон-Ватт продемонстрировал, что измерения этих радиосигналов можно использовать для отслеживания гроз и обеспечения полезного дальнего предупреждения для пилотов и кораблей. В некоторых экспериментах ему удавалось обнаруживать грозы над Африкой на расстоянии 2500 километров (1600 миль). [6]

Однако удары молнии длились так быстро, что традиционные системы RDF, использующие рамочные антенны, не могли определить пеленг до того, как они исчезли. [7] Все, что можно было определить, - это среднее местоположение, которое давало лучший сигнал за длительный период, включая сигнал многих ударов. [6] В 1916 году Ватт предложил использовать электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) в качестве показывающего элемента вместо механических систем [8], но не имел возможности проверить это.

Ватт работал в метеорологическом бюро RAF в Олдершоте , но в 1924 году они решили вернуть это место для использования RAF. В июле 1924 года Уотт переехал на новое место в Диттон-парке недалеко от Слау . На этом сайте уже размещался исследовательский сайт секции радио Национальной физической лаборатории (NPL). Ватт был вовлечен в отдел атмосферных исследований, проводя фундаментальные исследования распространения радиосигналов через атмосферу, в то время как NPL занимались измерениями напряженности поля в полевых условиях и исследованиями пеленгации. В этих исследованиях NPL использовала два устройства, которые окажутся критически важными для развития хафф-даффа, антенну Адкока и современный осциллограф.. [6]

Антенна Adcock представляет собой систему из четырех несущих мачт, которые действуют как две виртуальные рамочные антенны, расположенные под прямым углом. Сравнивая сигналы, полученные в двух виртуальных контурах, направление сигнала может быть определено с использованием существующих методов RDF. Исследователи установили антенну в 1919 году, но пренебрегли ею в пользу более мелких конструкций. Было обнаружено, что они имеют очень низкую производительность из-за электрических характеристик района Слау, что затрудняло определение того, принимался ли сигнал по прямой линии или вниз с неба. Смит-Роуз и Барфилд снова обратили внимание на антенну Адкока, которая не имела горизонтального компонента и, таким образом, отфильтровывала "небесные волны". В серии последующих экспериментов им удалось точно определить местонахождение передатчиков по всей стране.[9]

Непрекращающееся желание Ватта фиксировать местоположение отдельных ударов молнии привело к заключительным крупным изменениям в базовой системе хафф-дафф. Лаборатория недавно получила от Bell Labs осциллограф WE-224 , который легко подключается и имеет долговечный люминофор . Работая с Джоком Хердом, в 1926 году Ватт добавил усилитель к каждому из двух плеч антенны и отправил эти сигналы в каналы X и Y осциллографа. Как и ожидалось, радиосигнал создал узор на экране, который указывал на место удара, а долговечный люминофор дал оператору достаточно времени, чтобы измерить его, прежде чем дисплей погас. [6] [7]

Ватт и Херд написали обширную статью об этой системе в 1926 году, назвав ее «мгновенным радиогониометром с прямым считыванием» и заявив, что ее можно использовать для определения направления сигналов длительностью всего 0,001 секунды. [10] В документе подробно описывается устройство и объясняется, как его можно использовать для улучшения радиопеленгации и навигации. Несмотря на эту публичную демонстрацию и фильмы, показывающие, что она используется для определения местоположения молнии, концепция, очевидно, оставалась неизвестной за пределами Великобритании. Это позволило тайно довести его до практической формы.

Битва за Британию [ редактировать ]

Основная статья: Пип-писк

Во время спешки по установке радарных систем Chain Home (CH) перед битвой за Британию станции CH были расположены как можно дальше вперед, вдоль береговой линии, чтобы обеспечить максимальное время предупреждения. Это означало, что внутренние районы над Британскими островами не имели радиолокационного покрытия, вместо этого полагаясь на недавно сформированный Королевский корпус наблюдателей (ROC) для визуального отслеживания в этом районе. Хотя ОКР могла предоставить информацию о крупных рейдах, боевики были слишком маленькими и слишком высокими, чтобы их можно было точно идентифицировать. Поскольку вся система управления воздушным движением Даудинга зависела от наземного направления, требовалось какое-то решение для размещения их собственных истребителей. [11]

Целесообразным решением этой проблемы было использование станций «хафф-дафф» для настройки радио истребителя. Каждый сектор управления, отвечающий за выбор эскадрилий истребителей, был оснащен приемником хафф-дафф, наряду с двумя другими подстанциями, расположенными в отдаленных точках, примерно в 30 милях (48 км) от них. Эти станции будут прослушивать радиопередачи истребителей, сравнивать углы, чтобы определить свое местоположение, а затем передавать эту информацию в диспетчерские. [12] Сравнивая позиции противника, о которых сообщала ОКР, и позиции истребителей из систем хафф-дафф, командиры секторов могли легко направить истребители на перехват врага.

Чтобы помочь в этом процессе, на некоторых истребителях была установлена система, известная как « пип-писк », по крайней мере, по две на секцию (до четырех секций на эскадрилью). Pip-squeak автоматически издает устойчивый сигнал в течение 14 секунд каждую минуту, предоставляя операторам huff-duff достаточно времени, чтобы отследить сигнал. У него был недостаток в том, что радио самолета зависало во время передачи сигнала радиопеленгации. [ необходима цитата ]

Потребность в комплектах радиопеленгации была настолько острой, что министерство авиации изначально не могло предоставить количества, запрошенные Хью Даудингом , командующим истребительным командованием Королевских ВВС . В смоделированных боях в 1938 году система была продемонстрирована настолько полезной, что министерство в ответ предоставило системам Беллини-Този обещание, что версии с ЭЛТ заменят их как можно скорее. Это можно сделать в полевых условиях, просто подключив существующие антенны к новому набору приемников. К 1940 году они были на всех 29 «секторах» истребительного командования и составляли основную часть системы, выигравшей битву.

Битва за Атлантику [ править ]

Оборудование "Супер Дафф" на корабле-музее HMS  Belfast . Круговой индикатор обеспечивает прямое считывание относительного пеленга, от которого принимаются сигналы - красные цифры для левого борта корабля, зеленые для правого борта.

Наряду с гидролокатором («ASDIC»), разведывательными данными о взломе немецких кодов и радаром «Хафф-Дафф» был ценной частью арсенала союзников в обнаружении немецких подводных лодок и торговых рейдеров во время битвы за Атлантику .

« Кригсмарине» знала, что радиопеленгаторы могут использоваться для определения местоположения ее кораблей в море, когда эти корабли передают сообщения. Следовательно, они разработали систему, которая превращала обычные сообщения в короткие сообщения. Полученный " kurzsignale " затем был закодирован с помощью машины Enigma (для безопасности) и быстро передан. Опытному радисту может потребоваться около 20 секунд, чтобы передать типичное сообщение. [13]

Сначала британская система обнаружения состояла из нескольких береговых станций на Британских островах и в Северной Атлантике, которые координировали свои перехваты для определения местоположения. Расстояния, необходимые для определения местоположения подводных лодок в Атлантике от береговых станций радиопеленгации, были настолько большими, а точность радиопеленгации была относительно неэффективной, поэтому определения местоположения не были особенно точными. В 1944 году военно-морская разведка разработала новую стратегию, в которой были построены локализованные группы из пяти береговых станций радиопеленгации, чтобы пеленги каждой из пяти станций могли быть усреднены для получения более надежного пеленга. Четыре таких группы были созданы в Великобритании: в Форд-Энд в Эссексе, Анструтер в Файфе, Бауэр в Шотландском нагорье и Гунхаверн.в Корнуолле. Предполагалось, что другие группы будут созданы в Исландии, Новой Шотландии и Ямайке. [14] Простое усреднение оказалось неэффективным, и позже были использованы статистические методы. Операторов также попросили оценить надежность своих показаний, чтобы плохим и изменчивым показаниям уделялось меньше внимания, чем тем, которые казались стабильными и четко определенными. Некоторые из этих пеленгаторных групп продолжали работать до 1970-х годов как часть Composite Signals Organization . [15]

Наземные системы использовались из-за серьезных технических проблем, связанных с работой судов, в основном из-за воздействия надстройки на волновой фронт прибывающих радиосигналов. Однако эти проблемы были преодолены под техническим руководством польского инженера Вацлава Струшинского , работавшего на Адмиралтейском сигнальном заводе. [16] По мере того, как корабли были оборудованы, была проведена комплексная серия измерений для определения этих эффектов, и операторам были предоставлены карточки для отображения требуемых поправок на различных частотах. К 1942 году наличие электронно-лучевых трубокулучшено и больше не является ограничением на количество выпускаемых наборов хафф-дафф. В то же время были представлены улучшенные наборы, которые включали в себя непрерывную настройку с моторным приводом, чтобы сканировать вероятные частоты и подавать автоматический сигнал тревоги при обнаружении любой передачи. После этого операторы могут быстро настроить сигнал, прежде чем он исчезнет. Эти комплекты устанавливались на эскортах конвоев, что позволяло им фиксировать подводные лодки, ведущие передачу из-за горизонта, за пределами досягаемости радара. Это позволяло направлять корабли и самолеты охотников-убийц на высокой скорости в направлении подводной лодки, которая могла быть обнаружена с помощью радара, если она все еще была на поверхности, или ASDIC, если она находилась под водой.

С августа 1944 года Германия работала на Kurier системе , которая будет передавать всю kurzsignale в порыве не более , чем 454 миллисекунд, слишком коротка , чтобы быть расположены, или задерживаться для дешифровки, но система не начнет функционировать к концу война.

Описание [ править ]

Антенна Хафф-Дафф (увеличено) на пакистанском фрегате. Обратите внимание на расположение четырех вертикальных антенн, образующих две петли.

Основная концепция системы Хафф-Дафф заключается в передаче сигнала от двух антенн по каналам X и Y осциллографа. Обычно канал Y представляет север / юг для наземных станций или, в случае корабля, совпадает с курсом корабля вперед / назад. Таким образом, канал X представляет собой восток / запад или левый / правый борт.

Отклонение пятна на экране осциллографа является прямым показателем мгновенной фазы и силы радиосигнала. Поскольку радиосигналы состоят из волн, сигнал меняется по фазе с очень высокой скоростью. Если рассматривать сигнал, полученный на одном канале, скажем Y, точка будет перемещаться вверх и вниз так быстро, что будет казаться прямой вертикальной линией, простирающейся на равные расстояния от центра дисплея. Когда добавляется второй канал, настроенный на тот же сигнал, точка будет перемещаться в направлениях X и Y одновременно, в результате чего линия станет диагональной. Однако радиосигнал имеет конечную длину волны , поэтому, когда он проходит через антенные петли, относительная фаза, которая встречается с каждой частью антенны, изменяется. Это заставляет линию отклоняться в эллипс илиКривая Лиссажу в зависимости от относительных фаз. Кривая повернута так, чтобы ее большая ось проходила вдоль направления сигнала. В случае сигнала на северо-восток результатом будет эллипс, лежащий вдоль линии под углом 45/225 градусов на дисплее. [17] Поскольку фаза изменяется во время рисования на дисплее, результирующая отображаемая форма включает «размытие», которое необходимо учитывать. [18]

Это оставляет проблему определения того, является ли сигнал северо-востоком или юго-западом, поскольку эллипс имеет одинаковую длину с обеих сторон от центральной точки дисплея. Чтобы решить эту проблему, к этому миксу была добавлена ​​отдельная антенна, «сенсорная антенна». Это была всенаправленная антенна, расположенная на фиксированном расстоянии от петель примерно на 1/2 длины волны. Когда этот сигнал был подмешан, сигнал в противофазе от этой антенны сильно подавлял бы сигнал, когда фаза направлена ​​в направлении антенны считывания. Этот сигнал был отправлен в канал яркости или ось Z осциллографа, в результате чего дисплей исчезал, когда сигналы были не в фазе. При подключении сенсорной антенны к одной из петель, скажем, к каналу север / юг, отображение будет сильно подавлено, когда оно находится в нижней половине экрана,что указывает на то, что сигнал находится где-то на севере. На данный момент единственный возможный пеленг - северо-восточный.[19]

Сигналы, принимаемые антеннами, очень малы и имеют высокую частоту, поэтому они сначала индивидуально усиливаются в двух идентичных радиоприемниках. Для этого требуется, чтобы два приемника были очень хорошо сбалансированы, чтобы один не усиливал больше, чем другой, и тем самым не изменял выходной сигнал. Например, если усилитель на антенне север / юг имеет немного большее усиление, точка будет перемещаться не по линии под углом 45 градусов, а, возможно, по линии под углом 30 градусов. Чтобы уравновесить два усилителя, большинство установок включали «тестовую петлю», которая генерировала известный направленный тестовый сигнал. [20]

Для судовых систем надстройка корабля представляла серьезную причину помех, особенно по фазе, поскольку сигналы перемещались вокруг различных металлических препятствий. Чтобы решить эту проблему, судно было поставлено на якорь, в то время как второе судно транслировало тестовый сигнал с расстояния примерно в одну милю, и полученные сигналы были записаны на калибровочном листе. Затем передающий корабль переместится в другое место, и калибровка будет повторена. Калибровка была разной для разных длин волн и направлений; Построение полного набора листов для каждого корабля потребовало значительных работ. [21]

Военно-морские подразделения, особенно обычный набор HF4, включали вращающуюся пластиковую пластину с линией, «курсором», которая использовалась для измерения угла. Это может быть сложно, если кончики эллипса не доходят до края дисплея или выходят за его пределы. Это стало просто, если выровнять курсор с пиками на обоих концах. Знаки решетки по обе стороны от курсора позволяют измерить ширину дисплея и использовать это для определения степени размытия.

См. Также [ править ]

  • Клетка для слона
  • Операция RAFTER - удаленное подтверждение того, что супергетский радиоприемник слушает определенную частоту

Ссылки [ править ]

Цитаты
  1. ^ а б Бауэр 2004 , стр. 1.
  2. ^ "Разработка высокочастотного электронно-лучевого пеленгатора для военно-морского флота"
  3. ^ "Adcock / Watson-Watt Radio Direction Finding"
  4. ^ а б Бауэр 2004 , стр. 2.
  5. ^ Pexee ле Vrai (16 октября 2006). «Le HF / DF (ou Huff-Duff): Une Invention Française» [HF / DF (или Huff-Duff): французское изобретение] (на французском языке) . Проверено 18 июля 2014 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ а б в г Бауэр 2004 , стр. 4.
  7. ^ a b Тайная война [Ep7 2/5]: Битва за Атлантику . Архивировано из оригинала на 2013-12-05.
  8. ^ Макнил, Ян; Дэй, Лэнс, ред. (2003). «Роберт Ватсон-Ватт» . Биографический словарь истории техники . Тейлор и Фрэнсис. п. 1280. ISBN 9780203028292.
  9. Перейти ↑ Gardiner 1962 .
  10. ^ Уотсон Уотт, РА ; Херд, Дж. Ф. (февраль 1926 г.). «Радиогониометр мгновенного действия прямого отсчета» . Журнал Института инженеров-электриков . 64 (353): 611–622. DOI : 10,1049 / jiee-1.1926.0051 .
  11. ^ Циммерман, Дэвид (2010). Британский щит: радар и поражение люфтваффе . Эмберли Паблишинг. п. Глава 10. ISBN 9781445600611.
  12. ^ "Высокочастотная радиопеленгация"
  13. ^ Dirk Rijmenants, «Kurzsignalen на немецкой подводной лодки» , Cipher Машины и Криптология
  14. ^ "Военно-морские операции радио во время Второй мировой войны" .
  15. ^ "Evesdroppers" (PDF) . Тайм-аут : 8–9. 21 мая 1976 г.
  16. Перейти ↑ Bauer 2004 , p. 7.
  17. Перейти ↑ Bauer 2004 , p. 6.
  18. Перейти ↑ Bauer 2004 , pp. 6-7.
  19. Перейти ↑ Bauer 2004 , pp. 14-15.
  20. Перейти ↑ Bauer 2004 , p. 16.
  21. Перейти ↑ Bauer 2004 , pp. 17-19.
Библиография
  • Бауэр, Артур О. (27 декабря 2004 г.). «HF / DF - оружие союзников против немецких подводных лодок 1939–1945» (PDF) . Проверено 26 января 2008 .: Статья о технологии и практике систем HF / DF, используемых Королевским флотом против подводных лодок во Второй мировой войне.
  • Гардинер, Г. (15 февраля 1962 г.). «Радио исследования в Диттон-парке - II: 1922–1927» . Информационный бюллетень Организации радиоисследований (10).

дальнейшее чтение

  • Бизли, Патрик (1978). Особая разведка: история Центра оперативной разведки Адмиралтейства во время Второй мировой войны . Spere. ISBN 978-0-7221-1539-8.
  • деРоса, Л.А. "Пеленгация". В Blyd, JA; Харрис, ДБ; King, DD; и другие. (ред.). Электронные меры противодействия . Лос-Альтос, Калифорния: Peninsula Publishing. ISBN 978-0-932146-00-7.
  • Уильямс, Кэтлин Брум (1996-10-01). Секретное оружие: высокочастотная пеленгация США в битве за Атлантику . Издательство Военно-морского института. ISBN 978-1-55750-935-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • HF / DF - Королевский флот высокочастотный радиопеленгатор, Вторая мировая война
  • Демо-версия симулятора Хафф-Дафф