Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общие методы радиопеленгации см. В разделе Пеленгация .
Амелия Эрхарт «ы Локхид Модель 10 Электра с круговой RDF антенны видна над кабиной

Радиопеленгатор ( RDF ) представляет собой устройство для нахождения направления, или подшипника , на радио источник. Акт измерения направления известен как радиопеленгация или иногда просто радиопеленгация ( DF ). Местоположение неизвестного передатчика может быть определено с помощью двух или более измерений из разных мест; в качестве альтернативы, используя два или более измерения известных передатчиков, можно определить местоположение транспортного средства. RDF широко используется в качестве радионавигационной системы, особенно на лодках и самолетах.

Системы RDF могут использоваться с любым радиоисточником, хотя размер приемных антенн зависит от длины волны сигнала; очень длинные волны (низкие частоты) требуют очень больших антенн и обычно используются только в наземных системах. Тем не менее, эти длины волн очень полезны для морской навигации, поскольку они могут перемещаться на очень большие расстояния и «за горизонтом», что ценно для судов, когда расстояние прямой видимости может составлять всего несколько десятков километров. Для самолетов, где горизонт на высоте может простираться до сотен километров, могут использоваться более высокие частоты, что позволяет использовать антенны гораздо меньшего размера. Автоматический пеленгатор, который часто можно настроить на коммерческие радиопередатчики AM , является особенностью почти всех современных самолетов.

Для военных системы RDF являются ключевым компонентом систем и методологий радиотехнической разведки . Возможность определения местоположения передатчика противника была неоценима , так как мировая война , и он играет ключевую роль в Второй мировой войне «s битве за Атлантику . Подсчитано, что передовые британские системы «хафф-дафф» прямо или косвенно ответственны за 24% всех подводных лодок, затонувших во время войны. [1] В современных системах часто используются фазированные антенные решетки для быстрого формирования луча и получения высокоточных результатов. Обычно они интегрируются в более широкий набор средств радиоэлектронной борьбы .

С течением времени, вслед за новыми разработками в электронике, использовалось несколько различных поколений систем RDF. В ранних системах использовались антенны с механическим вращением, которые сравнивали уровни сигналов с разных направлений, и последовало несколько электронных версий одной и той же концепции. Современные системы используют сравнение фазовых или доплеровских методов, которые, как правило, проще автоматизировать. Современные псевдодоплеровские радиопеленгаторы состоят из ряда небольших антенн, прикрепленных к круглой карте, при этом вся обработка выполняется программным обеспечением.

Ранние британские радары также назывались RDF, что было тактикой обмана. Однако терминология не была неточной; в цепи Главных систем используются отдельные ненаправленные вещателями и крупные RDF приемников для определения местоположения целей. [2]

История [ править ]

Ранние механические системы [ править ]

WG Wade из Национального бюро стандартов использует большую многокамерную антенну для выполнения RDF на этой фотографии 1919 года. Это довольно маленькая единица для той эпохи.

Самые ранние эксперименты с RDF были проведены в 1888 году, когда Генрих Герц обнаружил направленность разомкнутой проволочной петли, используемой в качестве антенны. Когда антенна была выровнена так, чтобы она была направлена ​​на сигнал, она давала максимальное усиление и давала нулевой сигнал, если смотреть лицом вниз. Это означало, что местоположение сигнала всегда было неоднозначным, он давал одинаковый выходной сигнал, если бы сигнал находился спереди или сзади антенны. Более поздние экспериментаторы также использовали дипольные антенны , которые работали в противоположном смысле, достигая максимального усиления при прямых углах и нулевого усиления при юстировке. Системы RDF, использующие петлевые или дипольные антенны с механическим поворотом, были обычным явлением на рубеже 20-го века. Выдающиеся образцы были запатентованы Джоном Стоуном Стоуном.в 1902 г. (патент США 716 134) и Ли де Форест в 1904 г. (патент США 771 819) среди многих других примеров.

К началу 1900-х годов многие экспериментаторы искали способы использовать эту концепцию для определения местоположения передатчика. Ранние радиосистемы обычно использовали средневолновые и длинноволновые сигналы. Longwave, в частности, имел хорошие характеристики передачи на большие расстояния из-за их ограниченного взаимодействия с землей и, таким образом, обеспечивал отличное распространение земной волны по маршруту большого круга, которая указывала непосредственно на передатчик. Методы выполнения RDF для длинноволновых сигналов были основной областью исследований в 1900-х и 1910-х годах. [3]

Антенны обычно чувствительны к сигналам только тогда, когда их длина составляет значительную часть длины волны или больше. Большинство антенн имеют длину не менее длины волны, чаще ½ - полуволновой диполь является очень распространенной конструкцией. Для длинноволнового использования это приводило к тому, что рамочные антенны располагались на расстоянии десятков футов друг от друга, часто с более чем одной петлей, соединенной вместе для улучшения сигнала. Другое решение этой проблемы было разработано компанией Marconi в 1905 году. Оно состояло из ряда горизонтальных проводов или стержней, расположенных так, чтобы указывать наружу из общей центральной точки. Подвижный переключатель мог соединять противоположные пары этих проводов, чтобы сформировать диполь, и, вращая переключатель, оператор мог искать самый сильный сигнал. [4] ВМС СШАв какой-то мере решили эту проблему, установив антенны на корабли и двигаясь по кругу. [5] Такие системы были громоздкими и непрактичными для многих целей. [6]

Беллини-Този [ править ]

Эта модель Королевского флота типична для гониометров BT. Видны два набора «катушек возбуждения» и вращающейся «сенсорной катушки».

Ключевое усовершенствование концепции RDF было внесено Этторе Беллини и Алессандро Този в 1909 году (патент США № 943 960). В их системе использовались две такие антенны, обычно треугольные петли, расположенные под прямым углом. Сигналы от антенн отправлялись в катушки, обернутые вокруг деревянной рамы размером с банку , где сигналы воспроизводились в области между катушками. Затем можно использовать отдельную рамочную антенну, расположенную в этой области, для поиска направления, не перемещая основные антенны. Это сделало RDF настолько более практичным, что вскоре он стал использоваться для навигации в широком масштабе, часто как первая доступная форма воздушной навигации, с наземными станциями, нацеленными на радиоприемник самолета. Пеленгаторы Bellini-Tosi были широко распространены с 1920-х по 1950-е годы.

Ранние системы RDF были полезны в основном для длинноволновых сигналов. Эти сигналы могут перемещаться на очень большие расстояния, что сделало их полезными для навигации на большие расстояния. Однако, когда тот же метод применялся к более высоким частотам, возникли неожиданные трудности из-за отражения высокочастотных сигналов от ионосферы . Станция RDF теперь могла получать один и тот же сигнал из двух или более мест, особенно в течение дня, что вызывало серьезные проблемы при попытке определить местоположение. Это привело к появлению в 1919 году антенны Адкока (патент Великобритании 130490), которая состояла из четырех отдельных монопольных антенн вместо двух петель, устраняя горизонтальные компоненты и, таким образом, отфильтровывая небесные волны.отражаясь от ионосферы. Антенны Adcock широко использовались с детекторами Беллини-Този с 1920-х годов.

Воздушный корпус армии США в 1931 году испытал примитивный радиокомпас, в котором в качестве маяка использовались коммерческие станции. [7]

Хафф-дафф [ править ]

Оборудование FH4 "Хафф-Дафф" на корабле-музее HMS  Belfast.

Основное усовершенствование технологии RDF было внесено Робертом Уотсоном-Ваттом в рамках своих экспериментов по обнаружению ударов молнии как метода определения направления грозы для моряков и летчиков. Он долгое время работал с обычными системами RDF, но их было трудно использовать с мимолетными сигналами молнии. Он заранее предлагал использовать осциллограф, чтобы отображать их почти мгновенно, но не смог найти его, работая в Метеорологическом бюро . Когда офис был перенесен, его новое место на исследовательской радиостанции предоставило ему антенну Адкока и подходящий осциллограф, и в 1926 году он представил свою новую систему.

Несмотря на то, что система была представлена ​​публично, а ее измерения широко освещались в Великобритании, ее влияние на искусство RDF кажется странным сдержанным. Разработка была ограничена до середины 1930-х годов, когда различные британские силы начали широкомасштабную разработку и развертывание этих « высокочастотных радиопеленгаторов».", или системы" хафф-дафф ". Чтобы избежать RDF, немцы разработали метод передачи коротких сообщений продолжительностью менее 30 секунд, то есть менее 60 секунд, которые необходимы обученному оператору Беллини-Този для определения направления. Однако это был бесполезен против систем хафф-дафф, которые обнаруживали сигнал с разумной точностью за секунды. Немцы не знали об этой проблеме до середины войны и не предпринимали никаких серьезных шагов для ее решения до 1944 года. Хафф-Дафф помог примерно в четверти всех успешных атак на флот подводных лодок.

Послевоенные системы [ править ]

Некоторые разработки в электронике во время и после Второй мировой войны привели к значительному усовершенствованию методов сравнения фаз сигналов. Кроме того, контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) позволял легко настраивать сигналы, которые не дрейфовали. Усовершенствованные электронные лампы и введение транзистора позволили экономично использовать гораздо более высокие частоты, что привело к широкому использованию сигналов VHF и UHF. Все эти изменения привели к появлению новых методов RDF и его более широкому использованию.

В частности, возможность сравнивать фазы сигналов привела к RDF сравнения фаз, который, пожалуй, является наиболее широко используемым сегодня методом. В этой системе рамочная антенна заменена одним ферритовым сердечником квадратной формы с петлями, намотанными вокруг двух перпендикулярных сторон. Сигналы из контуров отправляются в схему сравнения фаз, выходная фаза которой напрямую указывает направление сигнала. Посредством отправки этого на любой способ отображения и блокировки сигнала с помощью ФАПЧ можно непрерывно отображать направление к вещательной компании. Работа состоит исключительно из настройки станции и настолько автоматизирована, что эти системы обычно называют автоматическими радиопеленгаторами .

Были разработаны другие системы, требующие большей точности. Псевдодоплеровские радиопеленгаторы используют серию небольших дипольных антенн, расположенных в виде кольца, и используют электронное переключение для быстрого выбора диполей для подачи в приемник. Результирующий сигнал обрабатывается и выдает звуковой сигнал. Фаза этого звукового сигнала по сравнению с вращением антенны зависит от направления сигнала. Доплеровские системы RDF широко заменили систему хафф-дафф для определения местоположения мимолетных сигналов.

Операция [ править ]

Высокочастотный радиопеленгатор ВМС США времен Второй мировой войны

Радиопеленгатор работает путем сравнения мощности сигнала направленной антенны, направленной в разные стороны. Сначала эта система использовалась наземными и морскими радистами с использованием простой поворотной рамочной антенны, связанной с градусным указателем. Позже эта система была принята как для кораблей, так и для самолетов и широко использовалась в 1930-х и 1940-х годах. На самолетах до Второй мировой войны антенны RDF легко идентифицировать как круглые петли, установленные над или под фюзеляжем. Более поздние конструкции рамочных антенн были заключены в аэродинамический каплевидный обтекатель. На кораблях и небольших лодках в приемниках RDF сначала использовались большие металлические рамочные антенны, аналогичные самолетам, но обычно устанавливаемые на переносном приемнике с батарейным питанием.

При использовании оператор RDF сначала настраивал приемник на правильную частоту, а затем вручную крутил петлю, либо слушая, либо наблюдая за S-метром, чтобы определить направление нуля (направление, в котором данный сигнал является самым слабым) длинного сигнала. волна (LW) или средняя волна(AM) радиомаяк или радиостанция (прослушивание нулевого сигнала проще, чем прослушивание пикового сигнала, и обычно дает более точный результат). Этот нуль был симметричным и, таким образом, идентифицировал как правильный курс, отмеченный на стрелке компаса радиостанции, так и его 180-градусную противоположность. Хотя эта информация обеспечивала исходную линию от станции до корабля или самолета, штурману все же нужно было заранее знать, находится ли он к востоку или западу от станции, чтобы избежать построения курса на 180 градусов в неправильном направлении. Пеленгуя две или более радиостанций и нанося точки пересечения, навигатор мог определить относительное положение своего корабля или самолета.

Позже комплекты RDF были оснащены поворотными ферритовыми рамочными антеннами, что сделало их более портативными и менее громоздкими. Некоторые позже были частично автоматизированы с помощью моторизованной антенны (ADF). Ключевым прорывом стало введение вторичной вертикальной штыревой или «сенсорной» антенны, которая подтверждала правильный пеленг и позволяла штурману избегать нанесения пеленга на 180 градусов против фактического курса. Модель SE 995 RDF ВМС США, в которой использовалась измерительная антенна, использовалась во время Первой мировой войны. [8] После Второй мировой войны было много мелких и крупных фирм, производящих пеленгаторное оборудование для моряков, в том числе Apelco , Aqua Guide, Bendix., Gladding (и его морское подразделение Pearce-Simpson), Ray Jefferson, Raytheon и Sperry . К 1960-м годам многие из этих радиостанций на самом деле производились японскими производителями электроники, такими как Panasonic , Fuji Onkyo и Koden Electronics Co., Ltd. В области авиационного оборудования Bendix и Sperry-Rand были двумя крупнейшими производителями радиоприемников RDF и навигационные инструменты.

Использование в морской и авиационной навигации [ править ]

Историческая реклама радиокомпаса Кольстера

Радиопередатчики для воздушной и морской навигации известны как маяки и являются радиоэквивалентом маяка . Передатчик отправляет код Морзе на длинноволновой (150–400 кГц) или средней волной (520–1720 кГц) частоте, включая идентификатор станции, который используется для подтверждения станции и ее рабочего состояния. Поскольку эти радиосигналы транслируются во всех направлениях (во всех направлениях) в течение дня, сам сигнал не включает информацию о направлении, и поэтому эти радиомаяки называются ненаправленными радиомаяками или NDB .

Поскольку диапазон коммерческого средневолнового вещания находится в пределах частотных возможностей большинства устройств RDF, эти станции и их передатчики также могут использоваться для определения местоположения при навигации. Хотя эти коммерческие радиостанции могут быть полезны из-за их высокой мощности и расположения вблизи крупных городов, между местоположением станции и ее передатчиком может быть несколько миль, что может снизить точность определения местоположения при приближении к городу вещания. Второй фактор заключается в том, что некоторые AM-радиостанции являются ненаправленными в течение дня и переключаются на направленный сигнал с пониженной мощностью в ночное время.

RDF когда-то был основной формой авиации и морской навигации. Гирлянды маяков образовывали «воздушные пути» от аэропорта к аэропорту, в то время как морские NDB и коммерческие радиостанции AM обеспечивали навигационную помощь малым плавсредствам, приближающимся к берегу. В Соединенных Штатах коммерческие AM-радиостанции были обязаны передавать свой идентификатор станции один раз в час для использования пилотами и моряками в качестве вспомогательного средства навигации. В 1950-х годах авиационные NDB были дополнены системой VOR , в которой направление на маяк может быть извлечено из самого сигнала, отсюда и отличие от ненаправленных маяков. Использование морских NDB было в значительной степени вытеснено в Северной Америке разработкой LORAN в 1970-х годах.

Сегодня многие NDB выведены из эксплуатации в пользу более быстрых и более точных навигационных систем GPS . Однако низкая стоимость систем ADF и RDF и продолжающееся существование станций вещания AM (а также навигационных маяков в странах за пределами Северной Америки) позволили этим устройствам продолжать функционировать, в первую очередь для использования на небольших лодках, в качестве дополнительных или резервное копирование в GPS.

См. Также [ править ]

  • Автоматический пеленгатор (ADF)
  • Акронимы и сокращения в авионике
  • Радиолюбительская радиопеленгация
  • Битва лучей
  • Кардиоидный
  • Определение направления
  • HF / DF
  • Радионавигация
  • Система определения местоположения в реальном времени
  • Анализ трафика
  • VOR / DME
  • Wullenweber

Заметки [ править ]

  1. Перейти ↑ Bauer, Arthur O. (27 декабря 2004 г.). "HF / DF Союзное оружие против немецких подводных лодок 1939–1945" (PDF) . Проверено 26 января 2008 . Документ о технологии и практике систем HF / DF, используемых Королевским флотом против подводных лодок во Второй мировой войне.
  2. ^ "Радар (радиопеленгация) - Глаза истребительного командования" .
  3. ^ Янг 2003 , стр. 187.
  4. Перейти ↑ Baker 2013 , p. 150.
  5. ^ Linwood 1963 , стр. 261.
  6. ^ Янг 2003 , стр. 188.
  7. ^ "Радиостанция может направлять флаер", апрель 1931 г., Popular Science
  8. ^ Гебхард, Луи A "Эволюция военно-морской радиоэлектроники и вклад военно-морской исследовательской лаборатории" (1979)

Ссылки [ править ]

  • Boffa PD, Sistemi per la radionavigazione , ed. Сидерея, 1985 г.
  • V. Piazzi, Sistemi radioelettrici di navigazione , vol V, AA
  • Р. Требби, Strumenti e navigazione , изд. Авиакниги
  • Ф. Франческотти, Авионика , изд. Авиолибри
  • Алессандро Този, Il radiogoniometro Bellini-Tosi alla esposizione di storia della scienza in Firenze , Taranto, A. Dragone & C., 1929
  • Алессандро Този, Итальянская энциклопедия и радиосистема и радиогониометр , Пиза: Пачини Мариотти, 1932 г.
  • Алессандро Този, Contributo della marina all'avvento del radiogoniometro , Рома, Э. Пинчи, 1929 г.
  • Apparati RT di bordo e radiogoniometro , Ministero dell'Aeronautica Ispettorato Scuole, Рим, 1937 г.
  • Impiego pratico del radiogoniometro d. FM 3 sulle navi mercantili , Ministero delle Poste e delle telecomunicazioni, Roma, Ist. Полигр. Делло Стато, 1950 год.
  • Musella, Francesco, Il radiogoniometro ed il radiofaro nella navigazione , Roma, Ist. Полигр. Делло Стато, 1934 год.
  • Radiogoniometro Marconi per uso di bordo, тип 11 F , Roma, наконечник. Радио, 1926 год
  • Каталог иллюстраций для радиогониометров на стр. 57 в кампале , Siemens SA, Ministero della Guerra, Direzione superiore del servizio studi ed esperimenti del Genio, Милан, Тип. Л. Тоффалони, 1942 г.
  • Istruzioni per l'uso dell'alimentatore Tf. 109 per radiogoniometro e risvitore , a cura della Siemens, Ministero dell'aeronautica, Ufficio centrale delle telecomunicazioni e dell'assistenza del volo, Милан, 1941
  • Catalogo illustrato per impianto radiogoniometro E 393 N. ,: Siemens S. n., Ministero della Guerra. Direzione superiore del servizio studi ed esperimenti del genio, Милан, подсказка. Л. Тоффалони, 1942 г.
  • 21: Радиогониометр Маркони для наземных станций: тип 12 A , Рома, Служба Маркони, 1923 г.

Този, А., Радиосистема Беллини-Този и радиогониометро: ультиматум , Таранто, Arti Grafiche Dragone, 1930

  • 23: Radiogoniometro Marconi для аэромобили: тип 14: codice Airder , Roma, Ufficio Marconi, e Genova, Officine radiotelegrafiche Marconi, 1923
  • Il radiogoniometro e la radiotelegrafia direttiva , Ufficio Marconi, Roma, Tip. Unione Ed., 1920
  • Радиогониометр Marconi для использования на борту: Descrizione, funzionamento, manutenzione, impiego nella condotta della navigazione , Genova: Tip. Радио, 1923 год
  • Радиогониометр Маркони р: GM 3. Источники для использования и автоматического мануального производства с использованием стандартных типов. Ф. Р , Рома: Ист. Исповедовать. Дж. Маркони, 1950 г.
  • Радиогониометр Маркони р: GM 3. Источники для использования и автоматического мануального производства с использованием стандартных типов. F. R , Рома, Ист. Professionale di Radiotelegrafia Дж. Маркони, 1949 г.
  • Radiogoniometro indicatore di rotta tipo P 63 N: descrizione ed istruzioni per l'uso , 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. Полигр. Stato, 1932 год.
  • Винченцо Настро, Габриэлла Мессина, "Navigazione radiogoniometrica", в Navigazione aerea , Milano, Hoepli, 2002, стр. 213–262. ISBN 88-203-2942-5 

Внешние ссылки [ править ]

  • Имитатор радиомагнитного индикатора (RMI) на базе вспышки
  • Бесплатный онлайн-симулятор VOR и ADF