Лекция
Это продолжение увлекательной статьи про радиопеленгация.
...
эталонного набора данных. Результат определения пеленга получается путем корреляционной и стохастической оценки, для которой коэффициент корреляции максимален. Если пеленгационные антенные элементы имеют направленную диаграмму направленности, то в сравнение может быть включена амплитуда.
Как правило, корреляционная интерферометрическая система пеленгации состоит из более чем пяти антенных элементов. Они сканируются один за другим с помощью специальной коммутационной матрицы. В многоканальной системе пеленгации n антенных элементов объединяются с m приемными каналами для повышения производительности системы.
Радиопеленгация , радиопеленгатор или RDF , когда-то была основным средством навигации в авиации. ( Абстракт «Диапазон и направление» использовался для описания предшественника радара . [ 2 ] ) Маяки использовались для обозначения пересечений «воздушных трасс» и для определения процедур взлета и захода на посадку. Поскольку передаваемый сигнал не содержит информации о пеленге или расстоянии, эти маяки в авиационном мире называются ненаправленными маяками , или NDB . Начиная с 1950-х годов, эти маяки были в основном заменены системой VOR , в которой пеленг на навигационное средство измеряется по самому сигналу; поэтому не требуется специальная антенна с подвижными частями. Благодаря относительно низкой стоимости приобретения, обслуживания и калибровки, NDB до сих пор используются для обозначения местоположения небольших аэродромов и важных вертолетных посадочных площадок.
Аналогичные маяки, расположенные в прибрежных районах, также используются для морской радионавигации, поскольку почти каждое судно было оборудовано пеленгатором (Appleyard 1988). Сегодня (2008 г.) очень немногие морские радионавигационные маяки остаются активными, поскольку суда отказались от навигации с помощью радиопеленгаторов в пользу навигации по GPS.
В Соединенном Королевстве для пилотов самолетов, находящихся в бедственном положении или испытывающих трудности, доступна услуга радиопеленгации на частотах 121,5 МГц и 243,0 МГц. Эта услуга основана на ряде радиопеленгационных устройств, расположенных в гражданских и военных аэропортах и на некоторых станциях Береговой охраны Ее Величества. [ 11 ] Эти станции могут определить местоположение самолета и передать его по радио пилоту.
Радиопередатчики для воздушной и морской навигации называются маяками и являются радиоаналогом маяка . Передатчик посылает сигнал азбукой Морзе на длинноволновой (150–400 кГц) или средневолновой (520–1720 кГц) частоте, включающий идентификатор станции, который используется для подтверждения станции и ее рабочего состояния. Поскольку эти радиосигналы передаются во всех направлениях (всенаправленные) в течение дня, сам сигнал не содержит информации о направлении, и поэтому такие маяки называются ненаправленными маяками , или NDB .
Поскольку коммерческий средневолновый диапазон вещания находится в пределах частотных возможностей большинства радиопеленгаторов, эти станции и их передатчики также могут использоваться для определения местоположения. Хотя эти коммерческие радиостанции могут быть полезны благодаря своей высокой мощности и расположению вблизи крупных городов, расстояние между станцией и ее передатчиком может составлять несколько миль, что может снизить точность определения местоположения при приближении к городу вещания. Второй фактор заключается в том, что некоторые AM-радиостанции днем являются всенаправленными и переключаются на сигнал меньшей мощности и направленный сигнал ночью.
Ранее радиолокационные сигналы (RDF) были основной формой навигации на самолетах и судах. Цепочки маяков образовывали «воздушные трассы» от аэропорта к аэропорту, а морские радиомаяки (NDB) и коммерческие AM-радиостанции обеспечивали навигационную помощь малым судам, приближающимся к берегу. В Соединенных Штатах коммерческие AM-радиостанции были обязаны передавать свой идентификатор станции раз в час для использования пилотами и моряками в качестве средства навигации. В 1950-х годах авиационные NDB были дополнены системой VOR , в которой направление к маяку можно извлечь из самого сигнала, отсюда и различие с ненаправленными маяками. Использование морских NDB в Северной Америке было в значительной степени вытеснено разработкой системы LORAN в 1970-х годах.
Сегодня многие радиомаяки NDB выведены из эксплуатации в пользу более быстрых и гораздо более точных навигационных систем GPS . Однако низкая стоимость систем ADF и RDF, а также сохранение станций AM-вещания (а также навигационных маяков в странах за пределами Северной Америки) позволили этим устройствам продолжать функционировать, в основном для использования на небольших судах в качестве дополнения или резервного варианта к GPS.
Во время Второй мировой войны значительные усилия были направлены на выявление секретных передатчиков в Соединенном Королевстве (Великобритании) методом пеленгации. Эту работу выполняла Служба радиобезопасности (RSS, также MI8). Первоначально, в 1939 году, Главное почтовое управление Великобритании создало три КВ-станции пеленгации U Adcock. С объявлением войны MI5 и RSS расширили эту сеть. Одной из проблем обеспечения покрытия территории размером с Великобританию была установка достаточного количества станций пеленгации для приема сигналов, отраженных от ионизированных слоев в верхних слоях атмосферы . Даже с расширенной сетью некоторые районы оставались недостаточно охваченными, и по этой причине было набрано до 1700 добровольных перехватчиков (радиолюбителей) для обнаружения незаконных передач с помощью наземных волн . В дополнение к стационарным станциям, RSS эксплуатировала парк мобильных пеленгационных машин по всей Великобритании. Если передатчик был обнаружен стационарными станциями пеленгации или добровольными перехватчиками, мобильные подразделения отправлялись в этот район для наведения на источник. В качестве мобильных установок использовались высокочастотные системы Adcock.
К 1941 году в Великобритании было выявлено лишь несколько незаконных передатчиков; это были немецкие агенты, перешедшие на сторону противника и осуществлявшие передачу под контролем MI5. Многочисленные незаконные передачи, исходящие от немецких агентов в оккупированных и нейтральных странах Европы, были зарегистрированы. Этот трафик стал ценным источником разведывательной информации, поэтому контроль над RSS впоследствии был передан MI6, которая отвечала за секретную разведку, поступающую из-за пределов Великобритании. Операции по определению местоположения и перехвату информации становились все более масштабными и важными до 1945 года.
ВЧ-станции Адкока состояли из четырех вертикальных антенн длиной 10 м, окружающих небольшую деревянную будку оператора, в которой находился приемник и радиоуправляемый гониометр , настроенный для определения пеленга. Также использовались СЧ-станции, в которых применялись четыре антенны на решетчатых башнях длиной 30 м с оттяжками. В 1941 году RSS начала экспериментировать с разнесенными петлевыми пеленгаторами, разработанными компанией Marconi и Национальными физическими лабораториями Великобритании . Они состояли из двух параллельных петель размером от 1 до 2 м в квадрате на концах вращающейся балки длиной от 3 до 8 м. Угол балки объединялся с результатами радиоуправляемого гониометра для определения пеленга. Полученный пеленг был значительно точнее, чем пеленг, полученный с помощью U-образной системы Адкока, но существовали неясности, которые препятствовали установке 7 предложенных систем разнесенных пеленгов. Оператор системы разнесенных пеленгов находился в металлическом подземном резервуаре под антеннами. Было установлено семь подземных резервуаров, но только две системы разнесенных пеленгов были установлены в Уаймондхэме, Норфолк, и Уиверторпе, Йоркшир. В результате возникли проблемы, и оставшиеся пять подземных резервуаров были оборудованы системами Адкока. Вращающаяся антенна SL поворачивалась вручную, что значительно замедляло последовательные измерения по сравнению с вращением шкалы гониометра.
В 1942 году недалеко от Абердина была построена еще одна экспериментальная станция с разнесенной петлей для Министерства авиации, представлявшая собой полуподземный бетонный бункер. Однако и она была заброшена из-за трудностей в эксплуатации. К 1944 году была разработана мобильная версия станции с разнесенной петлей, которая использовалась RSS во Франции после высадки союзников в Нормандии в день «Д».
В годы Второй мировой войны американские военные использовали береговую версию эхолота с разнесенными петлями, получившую название «DAB». Петли располагались на концах луча, который находился внутри деревянной хижины, а электроника — в большом шкафу с электронно -лучевым дисплеем в центре луча, при этом все компоненты поддерживались на центральной оси. Луч вращался вручную оператором.
В 1944 году Королевский военно-морской флот ввел в эксплуатацию модификацию береговых высокочастотных станций пеленгации для отслеживания подводных лодок в Северной Атлантике. Были построены группы из пяти станций пеленгации, что позволяло суммировать пеленги отдельных станций в группе и вычислять среднее значение. Четыре такие группы были построены в Великобритании: в Форд-Энде (Эссекс), Гунхаверне (Корнуолл), а также в Анструтере и Боуэрмаддене (Шотландское нагорье). Группы также были построены в Исландии, Новой Шотландии и на Ямайке. Ожидаемые улучшения не были реализованы, но последующие статистические исследования усовершенствовали систему, и группы в Гунхаверне и Форд-Энде продолжали использоваться во время холодной войны. Королевский флот также использовал пеленгаторное оборудование на кораблях, предназначенных для противолодочной борьбы , чтобы попытаться обнаружить немецкие подводные лодки, например, фрегаты класса «Капитан» были оснащены среднечастотной пеленгаторной антенной (СЧ/ПФ) (антенна устанавливалась перед мостиком) и высокочастотной пеленгаторной антенной (ВЧ/ПФ, «Хаффдафф») типа FH 4 (антенна устанавливалась на вершине главной мачты). [ 12 ]
Исчерпывающий справочник по беспроводному пеленгованию времен Второй мировой войны был написан Роландом Кином, который возглавлял инженерный отдел RSS в Ханслоп-Парке. Упомянутые здесь системы пеленгования подробно описаны в его книге 1947 года « Беспроводное пеленгование» . [ 13 ]
В конце Второй мировой войны ряд станций радиолокационной разведки RSS продолжали функционировать и в период холодной войны под контролем GCHQ, британской организации радиоэлектронной разведки.
В настоящее время (2009 г.) большая часть усилий по определению направления в Великобритании направлена на обнаружение несанкционированных « пиратских » FM-радиопередач. Используется сеть дистанционно управляемых УКВ-пеленгаторов, расположенных в основном вокруг крупных городов. Передачи с мобильных телефонов также определяются с помощью метода определения направления, основанного на сравнительной мощности сигнала на окружающих местных сотовых приемниках. Этот метод часто используется в качестве доказательства в уголовных процессах в Великобритании и, почти наверняка, в целях радиоэлектронной разведки. [ 14 ]
Аварийные маяки-индикаторы местоположения широко используются на гражданских самолетах и судах. Исторически аварийные передатчики местоположения передавали только тональный сигнал и полагались на пеленгацию поисковых самолетов для определения местоположения маяка. Современные аварийные маяки передают уникальный идентификационный сигнал, который может включать данные GPS- местоположения, помогающие определить точное местоположение передатчика.
Лавинные трансиверы работают на стандартной частоте 457 кГц и предназначены для поиска людей и оборудования, погребенных под лавинами. Поскольку мощность маяка очень низкая, направленность радиосигнала определяется эффектами поля малого масштаба [ 15 ] , и его обнаружение может быть довольно сложным.
Определение местоположения животных с радиометками методом триангуляции — широко применяемый исследовательский метод для изучения перемещения животных. Этот метод впервые был использован в начале 1960-х годов, когда радиопередатчики и батареи стали достаточно компактными, чтобы их можно было прикреплять к диким животным, и в настоящее время широко используется в различных исследованиях дикой природы. В большинстве случаев отслеживание диких животных, снабженных радиопередатчиками, осуществляется полевым исследователем с помощью портативного радиопеленгатора. Когда исследователь хочет найти конкретное животное, его местоположение можно определить методом триангуляции, определив направление к передатчику из нескольких точек.
Фазированные антенные решетки и другие передовые антенные технологии используются для отслеживания запусков ракетных систем и их траекторий. Эти системы могут применяться в оборонительных целях, а также для получения разведывательной информации о действиях ракет, принадлежащих другим странам. Те же методы используются для обнаружения и отслеживания обычных летательных аппаратов .
Наземные приемники могут обнаруживать радиосигналы, исходящие от далеких звезд или областей ионизированного газа. Приемники в радиотелескопах могут определять общее направление таких естественных радиоисточников, иногда сопоставляя их местоположение с объектами, видимыми в оптические телескопы. Точное измерение времени прихода радиоимпульсов двумя радиотелескопами, расположенными в разных местах на Земле, или одним и тем же телескопом в разное время на орбите Земли вокруг Солнца, также может позволить оценить расстояние до радиообъекта.
Мероприятия, проводимые группами и организациями, которые включают использование навыков радиопеленгации для обнаружения передатчиков в неизвестных местах, пользуются популярностью с конца Второй мировой войны. [ 16 ] Многие из этих мероприятий изначально проводились с целью отработки навыков использования методов радиопеленгации в целях реагирования на стихийные бедствия и гражданской обороны , или для отработки определения источника радиочастотных помех . Наиболее популярной формой этого вида спорта во всем мире является любительская радиопеленгация (ARDF). Другая форма деятельности, известная как « охота на передатчики », «мобильная охота на передатчики» или «охота на лис», проводится на более обширной географической территории, например, в столичном регионе крупного города, и большинство участников передвигаются на автомобилях , пытаясь обнаружить один или несколько радиопередатчиков с помощью методов радиопеленгации.
Методы наведения на микроволновые частоты были разработаны в 1940-х годах в ответ на растущее число передатчиков, работающих на этих более высоких частотах. Это потребовало разработки новых антенн и приемников для систем наведения.
В военно-морских системах возможность пеленгации стала частью комплекса средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) , где полученная информация о направлении дополняет другие процессы идентификации сигналов. В авиации система пеленгации предоставляет дополнительную информацию для приемника радиолокационного предупреждения (ПЗР).
Со временем возникла необходимость улучшить характеристики микроволновых систем пеленгации, чтобы противостоять тактике уклонения, используемой некоторыми операторами, такой как радары с низкой вероятностью перехвата и скрытые каналы передачи данных .
В начале века вакуумные лампы (термоэлектронные лампы) широко использовались в передатчиках и приемниках, но их высокочастотные характеристики были ограничены эффектами времени прохождения сигнала. [ 20 ] : 192 [ 21 ] : 394 [ 22 ] : 206 Даже при использовании специальных процессов для уменьшения длины выводов, [ 23 ] таких как конструкция рамочной сетки, как в EF50 , и планарная конструкция, [ 20 ] : 192 очень немногие лампы могли работать выше УВЧ .
В 1930-х годах проводились интенсивные исследования с целью разработки передающих ламп, специально предназначенных для микроволнового диапазона, которые включали, в частности, клистрон [ 24 ] [ 20 ] : 201 , полостной магнетрон [ 20 ] : 347 [ 24 ] : 45 и лампу бегущей волны (ЛБВ). [ 20 ] : 241 [ 24 ] : 48 После успешной разработки этих ламп в следующем десятилетии началось их крупномасштабное производство.
Микроволновые сигналы имеют короткие длины волн, что приводит к значительному улучшению разрешения целей по сравнению с радиочастотными системами. Это позволяет лучше идентифицировать несколько целей, а также обеспечивает улучшенную точность определения направления. [ 25 ] Кроме того, антенны малы, поэтому их можно собирать в компактные массивы, и, кроме того, они могут создавать четко определенные диаграммы направленности, которые обеспечивают узкие лучи с высоким коэффициентом усиления, предпочтительные для радаров и каналов передачи данных .
Другие преимущества нового микроволнового диапазона заключались в отсутствии замираний (часто являющихся проблемой в коротковолновом радиодиапазоне ) и значительном увеличении спектра сигнала по сравнению с уже используемыми перегруженными радиочастотными диапазонами. Помимо возможности приема гораздо большего количества сигналов, появилась возможность использования методов расширения спектра и скачкообразной перестройки частоты .
После того как микроволновые технологии получили широкое распространение, началось их быстрое освоение как военными, так и коммерческими пользователями этого диапазона.
Антенны для пеленгации должны соответствовать иным требованиям, чем антенны для радара или линии связи, где обычно преимуществом является антенна с узким лучом и высоким коэффициентом усиления. Однако при проведении пеленгации пеленг источника может быть неизвестен, поэтому обычно выбирают антенны с широкой диаграммой направленности , даже несмотря на то, что они имеют меньший коэффициент усиления в направлении оси антенны . Кроме того, от антенн требуется охват широкого диапазона частот.
На рисунке показана нормированная полярная диаграмма типичной характеристики усиления антенны в горизонтальной плоскости. Ширина луча на половинной мощности основного луча составляет 2 × Ψ 0. Предпочтительно, при использовании методов сравнения амплитуд для определения направления, основной лепесток должен аппроксимироваться гауссовой характеристикой. Хотя на рисунке также показано наличие боковых лепестков , они не представляют серьезной проблемы при использовании антенн в пеленгационной антенной решетке.
Как правило, коэффициент усиления антенны по оси направленности связан с шириной луча. [ 26 ] : 257 Для прямоугольного рупора,
где BW h и BW v — горизонтальная и вертикальная ширины луча антенны соответственно в градусах. Для круглой апертуры с шириной луча BW c это
Для пеленгации широко распространены два типа антенн: спиральные антенны с полостью в задней части и рупорные антенны .
Спиральные антенны способны обеспечивать очень широкую полосу пропускания и имеют номинальную ширину луча на половинной мощности около 70 градусов, что делает их очень подходящими для антенных решеток, содержащих 4, 5 или 6 антенн. [ 18 ] : 41
Для больших массивов, требующих более узкой ширины луча , могут использоваться рупоры. Ширина полосы пропускания рупорных антенн может быть увеличена за счет использования двухгребенчатых волноводных питателей и за счет использования рупоров с внутренними гребнями.
Ранние микроволновые приемники обычно представляли собой простые «кристаллические видеоприемники» , которые использовали кристаллический детектор, за которым следовал видеоусилитель с компрессионной характеристикой для расширения динамического диапазона. Такой приемник был широкополосным, но не очень чувствительным. Однако эта недостаточная чувствительность могла быть допустима благодаря «преимуществу в дальности», которым обладал приемник DF (см. ниже).
Клистрон и ЛТВ являются линейными устройствами и, в принципе, могли бы использоваться в качестве предусилителей приемника. Однако клистрон был совершенно непригоден, поскольку это узкополосное устройство и чрезвычайно шумное , а ЛТВ, хотя и потенциально более подходящее , имеет плохие характеристики согласования и большие габариты, что делает его непригодным для многоканальных систем, использующих предусилитель на каждую антенну. Тем не менее, была продемонстрирована система, в которой один предусилитель на ЛТВ избирательно выбирает сигналы из антенной решетки. [ 33 ]
Транзисторы, пригодные для работы на микроволновых частотах, появились в конце 1950-х годов. Первым из них стал полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET). За ним последовали другие, например, полевой транзистор на основе металл-полупроводника и транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT). Первоначально дискретные транзисторы встраивались в полосковые или микрополосковые схемы, но затем появились микроволновые интегральные схемы . Благодаря этим новым устройствам стало возможным создание малошумящих предусилителей приемника, что значительно повысило чувствительность, а следовательно, и дальность обнаружения систем радиопеленгации.
Приемник ДП обладает преимуществом в дальности обнаружения [ 35 ] по сравнению с приемником радара. Это связано с тем, что мощность сигнала на приемнике ДП, обусловленная радиолокационной передачей, пропорциональна 1/ R² , тогда как мощность сигнала на приемнике радара от отраженного сигнала пропорциональна σ / R⁴ , где R — дальность, а σ — радиолокационное поперечное сечение системы ДП. [ 36 ] Это приводит к тому , что мощность сигнала на приемнике радара значительно меньше, чем на приемнике ДП. Следовательно, несмотря на низкую чувствительность, простой приемник ДП на основе кристаллического видеосигнала обычно способен обнаруживать передачу сигнала от радара на большей дальности, чем та, на которой собственный приемник радара способен обнаружить
продолжение следует...
Часть 1 Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация
Часть 2 Приложения - Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация
Часть 3 DF по сравнению амплитуд - Определение направления радиоизлучения, радиопеленгация
Исследование, описанное в статье про радиопеленгация, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое радиопеленгация и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Комментарии