Пеленгация ( DF ) или радиопеленгация ( RDF ) — это использование радиоволн для определения направления к источнику радиосигнала. Источником может быть сотрудничающий радиопередатчик или непреднамеренный источник, естественный источник радиосигнала или незаконная или вражеская система. Радиопеленгация отличается от радара тем, что только направление определяется любым одним приемником; радиолокационная система обычно также дает расстояние до интересующего объекта, а также направление. С помощью триангуляции местоположение источника радиосигнала может быть определено путем измерения его направления из двух или более мест. Радиопеленгация используется в радионавигации для кораблей и самолетов, для определения местоположения аварийных передатчиков для поиска и спасения , для отслеживания диких животных и для определения местоположения незаконных или мешающих передатчиков. Во время Второй мировой войны радиопеленгация использовалась обеими сторонами для определения местоположения и направления самолетов, надводных кораблей и подводных лодок.
Системы RDF могут использоваться с любым источником радиосигнала, хотя очень длинные волны (низкие частоты) требуют очень больших антенн и обычно используются только в наземных системах. Тем не менее, эти длины волн используются для морской радионавигации , поскольку они могут проходить очень большие расстояния «за горизонтом», что ценно для судов, когда линия прямой видимости может составлять всего несколько десятков километров. Для воздушного использования, где горизонт может простираться на сотни километров, могут использоваться более высокие частоты, что позволяет использовать гораздо меньшие антенны. Автоматический пеленгатор , который можно было настроить на радиомаяки, называемые ненаправленными маяками или коммерческими радиовещателями AM , был в 20 веке особенностью большинства самолетов, но постепенно снимается с производства. [1]
Для военных RDF является ключевым инструментом разведки сигналов . Способность определять местоположение вражеского передатчика была бесценна со времен Первой мировой войны и сыграла ключевую роль в битве за Атлантику во время Второй мировой войны . По оценкам, передовые системы Великобритании « хафф-дафф » были прямо или косвенно ответственны за 24% всех потопленных во время войны подводных лодок . Современные системы часто используют фазированные антенные решетки, чтобы обеспечить быстрое формирование луча для получения высокоточных результатов, и являются частью более крупного комплекса радиоэлектронной борьбы .
Ранние радиопеленгаторы использовали механически вращаемые антенны, которые сравнивали силу сигнала, и несколько электронных версий той же концепции последовали за этим. Современные системы используют сравнение фазовых или доплеровских методов , которые, как правило, проще автоматизировать. Ранние британские радиолокационные установки назывались RDF, что часто утверждается как обман. Фактически, системы Chain Home использовали большие приемники RDF для определения направлений. Более поздние радиолокационные системы обычно использовали одну антенну для трансляции и приема и определяли направление по направлению, в которое была обращена антенна. [2]
Самые ранние эксперименты в области RDF были проведены в 1888 году, когда Генрих Герц открыл направленность открытой петли провода, используемого в качестве антенны. Когда антенна была выровнена так, что она указывала на сигнал, она производила максимальный коэффициент усиления и производила нулевой сигнал, когда была направлена лицом к антенне. Это означало, что всегда существовала неоднозначность в местоположении сигнала: он производил тот же выходной сигнал, если сигнал находился спереди или сзади антенны. Более поздние экспериментаторы также использовали дипольные антенны , которые работали в противоположном направлении, достигая максимального усиления под прямым углом и нуля при выравнивании. Системы RDF, использующие механически качающиеся петлевые или дипольные антенны, были распространены к началу 20-го века. Известные примеры были запатентованы Джоном Стоуном Стоуном в 1902 году (патент США 716,134) и Ли де Форестом в 1904 году (патент США 771,819), среди многих других примеров.
К началу 1900-х годов многие экспериментаторы искали способы использования этой концепции для определения местоположения передатчика. Ранние радиосистемы обычно использовали средневолновые и длинноволновые сигналы. Длинноволновые, в частности, имели хорошие характеристики передачи на большие расстояния из-за их ограниченного взаимодействия с землей, и, таким образом, обеспечивали превосходное распространение земной волны по большому кругу , которое указывало прямо на передатчик. Методы выполнения RDF на длинноволновых сигналах были основной областью исследований в 1900-х и 1910-х годах. [3]
Антенны, как правило, чувствительны к сигналам только тогда, когда их длина составляет значительную часть длины волны или больше. Большинство антенн имеют длину не менее 1 ⁄ 4 длины волны, чаще всего 1 ⁄ 2 — полуволновой диполь является очень распространенной конструкцией. Для использования на длинных волнах это привело к появлению рамочных антенн со стороной в десятки футов, 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 от 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 США преодолели эту проблему, до некоторой степени, устанавливая антенны на кораблях и плавая по кругу. [5] Такие системы были громоздкими и непрактичными для многих применений. [6]
Ключевое усовершенствование концепции RDF было введено Этторе Беллини и Алессандро Този в 1909 году (патент США 943,960). Их система использовала две такие антенны, обычно треугольные петли, расположенные под прямым углом. Сигналы с антенн отправлялись в катушки, обернутые вокруг деревянной рамы размером с банку из-под газировки , где сигналы воссоздавались в области между катушками. Отдельная рамочная антенна, расположенная в этой области, затем могла использоваться для поиска направления, без перемещения основных антенн. Это сделало RDF настолько более практичным, что вскоре его стали использовать для навигации в широких масштабах, часто как первую доступную форму воздушной навигации, с наземными станциями, наводящимися на радиостанцию самолета. Радиопеленгаторы Беллини-Този были широко распространены с 1920-х по 1950-е годы.
Ранние системы RDF были полезны в основном для длинноволновых сигналов. Эти сигналы способны перемещаться на очень большие расстояния, что делало их полезными для дальней навигации. Однако, когда тот же метод применялся к более высоким частотам, возникали неожиданные трудности из-за отражения высокочастотных сигналов от ионосферы . Теперь станция RDF могла принимать один и тот же сигнал из двух или более мест, особенно в течение дня, что вызывало серьезные проблемы при попытке определения местоположения. Это привело к появлению в 1919 году антенны Эдкока (патент Великобритании 130,490), которая состояла из четырех отдельных монопольных антенн вместо двух рамок, устраняя горизонтальные компоненты и, таким образом, отфильтровывая небесные волны , отражающиеся от ионосферы. Антенны Эдкока широко использовались с детекторами Беллини-Този с 1920-х годов.
В 1931 году Военно-воздушный корпус США провел испытания примитивного радиокомпаса, который использовал коммерческие станции в качестве маяка. [7]
Значительное усовершенствование в технике RDF было введено Робертом Уотсоном-Уоттом в рамках его экспериментов по обнаружению ударов молнии в качестве метода указания направления гроз для моряков и летчиков. Он долгое время работал с обычными системами RDF, но их было трудно использовать с мимолетными сигналами от молнии. Он рано предложил использовать осциллограф для их почти мгновенного отображения, но не смог найти его, работая в Метеобюро . Когда офис переехал, его новое место на исследовательской радиостанции предоставило ему и антенну Эдкока , и подходящий осциллограф, и он представил свою новую систему в 1926 году.
Несмотря на то, что система была представлена публично, а ее измерения широко освещались в Великобритании, ее влияние на искусство RDF, по-видимому, было странно сдержанным. Развитие было ограничено до середины 1930-х годов, когда различные британские силы начали широкомасштабную разработку и развертывание этих « высокочастотных пеленгационных систем », или систем «хафф-дафф». Чтобы избежать RDF, немцы разработали метод трансляции коротких сообщений длительностью менее 30 секунд, что меньше 60 секунд, которые требовались обученному оператору Беллини-Този для определения направления. Однако это было бесполезно против систем «хафф-дафф», которые определяли местоположение сигнала 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. К тому времени «хафф-дафф» помог примерно в четверти всех успешных атак на флот подводных лодок.
Несколько разработок в области электроники во время и после Второй мировой войны привели к значительному улучшению методов сравнения фаз сигналов. Кроме того, фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) позволила легко настраивать сигналы, которые не дрейфовали. Улучшенные электронные лампы и внедрение 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 гораздо более широкому использованию.
В частности, возможность сравнивать фазы сигналов привела к фазовому сравнению RDF, которое, возможно, является наиболее широко используемой техникой сегодня. В этой системе рамочная антенна заменена одним квадратным ферритовым сердечником с петлями, намотанными вокруг двух перпендикулярных сторон. Сигналы от петель отправляются в схему сравнения фаз, выходная фаза которой напрямую указывает направление сигнала. Отправляя это на любой дисплей и фиксируя сигнал с помощью ФАПЧ, можно непрерывно отображать направление на вещателя. Операция состоит исключительно из настройки на станцию и настолько автоматична, что эти системы обычно называют автоматическими пеленгаторами .
Другие системы были разработаны там, где требуется большая точность. Системы псевдодоплеровского радиопеленгатора используют ряд небольших дипольных антенн, расположенных в кольцо, и используют электронное переключение для быстрого выбора диполей для подачи в приемник. Результирующий сигнал обрабатывается и производит звуковой тон. Фаза этого звукового тона по сравнению с вращением антенны зависит от направления сигнала. Системы доплеровского радиопеленгатора широко заменили систему хафф-дафф для определения местоположения мимолетных сигналов.
Различные процедуры радиопеленгации для определения местоположения в море больше не являются частью системы безопасности на море ГМССБ , которая действует с 1999 года. Яркую крестообразную рамочную антенну с прикрепленной вспомогательной антенной можно найти только на сигнальных мачтах некоторых старых судов, поскольку там они не мешают работе, а демонтаж был бы слишком дорогим.
Современные методы позиционирования, такие как GPS, DGPS, радар и устаревший Loran C, используют методы радиопеленгации, которые не отвечают современным требованиям.
Радиопеленгационные сети также больше не существуют. [8] Однако спасательные суда, такие как спасательные шлюпки RNLI в Великобритании, и поисково-спасательные вертолеты имеют пеленгационные приемники для морских сигналов VHF и сигналов самонаведения 121,5 МГц, встроенные в радиомаяки EPIRB и PLB, хотя современные радиомаяки GPS-EPIRBS и AIS постепенно вытесняют их.
Радиопеленгатор ( RDF ) — это устройство для определения направления или пеленга на источник радиосигнала . Процесс измерения направления известен как радиопеленгация или иногда просто пеленгация ( DF ). Используя два или более измерений из разных мест, можно определить местоположение неизвестного передатчика; в качестве альтернативы, используя два или более измерений известных передатчиков, можно определить местоположение транспортного средства. RDF широко используется в качестве радионавигационной системы, особенно на судах и самолетах.
Системы RDF могут использоваться с любым источником радиосигнала, хотя размер антенн приемника зависит от длины волны сигнала; очень длинные волны (низкие частоты) требуют очень больших антенн и обычно используются только в наземных системах. Эти длины волн, тем не менее, очень полезны для морской навигации , поскольку они могут распространяться на очень большие расстояния и «за горизонт», что ценно для судов, когда линия 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 гораздо меньшие антенны. Автоматический пеленгатор, часто способный настраиваться на коммерческие радиопередатчики AM , является особенностью почти всех современных самолетов.
Для военных системы RDF являются ключевым компонентом систем и методик разведки сигналов . Способность определять местоположение вражеского передатчика была бесценна со времен Первой мировой войны , и она сыграла ключевую роль в битве за Атлантику во время Второй мировой войны . По оценкам, передовые системы Великобритании « хафф-дафф » были прямо или косвенно ответственны за 24% всех потопленных во время войны подводных лодок. [ 9] Современные системы часто используют фазированные антенные решетки, чтобы обеспечить быстрое формирование луча для получения высокоточных результатов. Они, как правило, интегрированы в более широкий комплекс средств радиоэлектронной борьбы .
Несколько различных поколений систем RDF использовались с течением времени, следуя новым разработкам в электронике. Ранние системы использовали механически вращаемые антенны, которые сравнивали силу сигнала с разных направлений, и несколько электронных версий той же концепции последовали за этим. Современные системы используют сравнение фазовых или доплеровских методов , которые, как правило, проще автоматизировать. Современные системы псевдодоплеровских пеленгаторов состоят из ряда небольших антенн, закрепленных на круглой карте, причем вся обработка выполняется программным обеспечением.
Ранние британские радары также назывались RDF, что было тактикой обмана. Однако терминология не была неточной; системы Chain Home использовали отдельные всенаправленные передатчики и большие приемники RDF для определения местоположения целей. [2]
В одном типе пеленгации используется направленная антенна , которая более чувствительна в определенных направлениях, чем в других. Многие конструкции антенн демонстрируют это свойство. Например, антенна Yagi имеет довольно выраженную направленность, поэтому источник передачи можно определить, направив ее в направлении, где достигается максимальный уровень сигнала. Поскольку характеристики направленности могут быть очень широкими, для повышения точности можно использовать большие антенны или нулевые методы для улучшения углового разрешения.
Простейшей формой направленной антенны является рамочная антенна . Она состоит из открытой петли провода на изолирующей рамке или металлического кольца, которое образует сам элемент петли антенны; часто диаметр петли составляет десятую часть длины волны или меньше на целевой частоте. Такая антенна будет наименее чувствительна к сигналам, которые перпендикулярны ее поверхности, и наиболее восприимчива к тем, которые приходят с ребра. Это вызвано фазой принимаемого сигнала: разница в электрической фазе вдоль края петли в любой момент времени вызывает разницу в напряжениях, индуцированных по обе стороны петли.
Поворот плоскости петли «лицом» к сигналу так, чтобы приходящие фазы были идентичны по всему ободу, не вызовет никакого тока в петле. Таким образом, простой поворот антенны для получения минимума в желаемом сигнале установит два возможных направления (вперед и назад), из которых могут приходить радиоволны. Это называется нулем в сигнале, и оно используется вместо направления самого сильного сигнала, потому что небольшие угловые отклонения рамочной антенны от ее нулевых положений вызывают гораздо более резкие изменения принимаемого тока, чем аналогичные изменения направления вокруг ориентации самого сильного сигнала петли. Поскольку нулевое направление дает более четкое указание направления сигнала – ноль «резче», чем максимум – в рамочной антенне нулевое направление используется для определения местоположения источника сигнала.
«Сенсорная антенна» используется для разрешения двух возможных направлений; сенсорная антенна — это ненаправленная антенна, настроенная на ту же чувствительность, что и рамочная антенна. Добавляя постоянный сигнал от сенсорной антенны к переменному сигналу от рамочного сигнала по мере его вращения, теперь есть только одно положение, когда петля вращается на 360°, в котором есть нулевой ток. Это действует как точка отсчета фазы, позволяя идентифицировать правильную нулевую точку, устраняя неоднозначность 180°. Дипольная антенна демонстрирует похожие свойства, как и небольшая петля, хотя ее нулевое направление не такое «острое».
Антенна Yagi-Uda известна как обычная телевизионная антенна VHF или UHF . Антенна Yagi использует несколько дипольных элементов, которые включают в себя дипольные элементы «рефлектор» и «директор». «Рефлектор» является самым длинным дипольным элементом и блокирует почти весь сигнал, идущий сзади него, поэтому Yagi не имеет двусмысленности направления вперед-назад: максимальный сигнал возникает только тогда, когда самый узкий конец Yagi направлен в направлении, откуда приходят радиоволны. При достаточном количестве более коротких «директорных» элементов максимальное направление Yagi может быть сделано таким, чтобы приблизиться к резкости нуля малой петли. [ требуется ссылка ]
Для гораздо более высоких частот, таких как миллиметровые волны и микроволны , могут использоваться параболические антенны или антенны-тарелки . Антенны-тарелки имеют высокую направленность, параболическая форма направляет полученные сигналы под очень узким углом в небольшой приемный элемент, установленный в фокусе параболы.
Более сложные методы, такие как фазированные решетки, обычно используются для высокоточных систем пеленгации. Современные системы называются гониометрами по аналогии с направленными схемами Второй мировой войны , которые использовались для измерения направления путем сравнения различий в полученных сигналах двух или более согласованных опорных антенн, используемых в старой разведке сигналов (SIGINT). Современная система пеленгации, устанавливаемая на вертолете, была разработана ESL Incorporated для правительства США еще в 1972 году.
Методы измерения разницы во времени прибытия сравнивают время прибытия радиоволны на две или более различных антенн и выводят направление прибытия из этой информации о времени. Этот метод может использовать механически простые неподвижные всенаправленные антенные элементы, подаваемые в многоканальную систему приемника.
Одна из форм радиопеленгации работает путем сравнения силы сигнала направленной антенны , направленной в разных направлениях. Сначала эта система использовалась наземными и морскими радистами, используя простую вращающуюся рамочную антенну, связанную с индикатором градуса. Позднее 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 приемники RDF сначала использовали большие металлические рамочные антенны, похожие на самолетные, но обычно установленные на портативном приемнике с питанием от батареи.
При использовании оператор RDF сначала настраивал приемник на правильную частоту, затем вручную поворачивал петлю, либо слушая, либо наблюдая за S-метром, чтобы определить направление нуля ( направление, в котором данный сигнал самый слабый) длинноволнового ( ДВ) или средневолнового (АМ) радиомаяка или станции (слушать ноль проще, чем слушать пиковый сигнал, и обычно дает более точный результат). Этот ноль был симметричным и, таким образом, определял как правильный градусный курс, отмеченный на компасе радиостанции, так и его 180-градусную противоположность. Хотя эта информация обеспечивала базовую линию от станции до корабля или самолета, штурману все еще нужно было заранее знать, находится ли он к востоку или к западу от станции, чтобы избежать прокладки курса на 180 градусов в неправильном направлении. Взяв пеленги на две или более радиостанций и проложив пересекающиеся пеленги, штурман мог определить относительное положение своего корабля или самолета.
Позже, наборы RDF были оснащены вращающимися ферритовыми петлевыми антеннами, что сделало наборы более портативными и менее громоздкими. Некоторые из них позже были частично автоматизированы с помощью моторизованной антенны (ADF). Ключевым прорывом стало введение вторичной вертикальной штыревой или «чувствительной» антенны , которая подтверждала правильный пеленг и позволяла навигатору избегать построения пеленга на 180 градусов, противоположного фактическому курсу. Модель RDF ВМС США SE 995, которая использовала чувствительную антенну, использовалась во время Первой мировой войны. [10] После Второй мировой войны появилось много мелких и крупных фирм, производящих пеленгаторное оборудование для моряков, включая Apelco , Aqua Guide, Bendix , Gladding (и его морское подразделение Pearce-Simpson), Ray Jefferson, Raytheon и Sperry. К 1960-м годам многие из этих радиоприемников фактически производились японскими производителями электроники, такими как Panasonic , Fuji Onkyo и Koden Electronics Co., Ltd. В сфере авиационного оборудования крупнейшими производителями радиопеленгаторных и навигационных приборов были Bendix и Sperry-Rand .
Одноканальная пеленгация использует многоантенную решетку с одноканальным радиоприемником. Такой подход к пеленгации имеет некоторые преимущества и недостатки. Поскольку он использует только один приемник, мобильность и низкое энергопотребление являются преимуществами. Без возможности смотреть на каждую антенну одновременно (что было бы в случае использования нескольких приемников, также известных как N-канальная пеленгация) на антенне необходимо выполнять более сложные операции, чтобы представить сигнал приемнику.
Две основные категории, к которым относится алгоритм одноканальной пеленгации, — это сравнение амплитуд и сравнение фаз . Некоторые алгоритмы могут быть гибридами этих двух.
Метод псевдодоплера — это метод пеленгации на основе фазы, который производит оценку пеленга на полученном сигнале путем измерения доплеровского сдвига , вызванного в сигнале путем выборки вокруг элементов круговой решетки. Первоначальный метод использовал одну антенну, которая физически перемещалась по кругу, но современный подход использует многоантенную круговую решетку, где каждая антенна выбирается последовательно.
Метод Уотсона-Уотта использует две пары антенн для сравнения амплитуд входящего сигнала. Популярный метод Уотсона-Уотта использует массив из двух ортогональных катушек (магнитных диполей) в горизонтальной плоскости, часто дополненный всенаправленным вертикально поляризованным электрическим диполем для разрешения неоднозначностей 180°.
Антенная решетка Adcock использует пару монопольных или дипольных антенн, которые принимают векторную разность принятого сигнала на каждой антенне, так что есть только один выход от каждой пары антенн. Две из этих пар расположены совместно, но перпендикулярно ориентированы для создания того, что можно назвать сигналами N–S (север-юг) и E–W (восток-запад), которые затем будут переданы на приемник. В приемнике угол пеленга затем может быть вычислен путем взятия арктангенса отношения сигнала N–S к E–W.
Основной принцип корреляционного интерферометра заключается в сравнении измеренных разностей фаз с разностями фаз, полученными для антенной системы пеленгатора известной конфигурации при известном угле волны (набор опорных данных). Для этого по крайней мере три элемента антенны (с характеристиками всенаправленного приема) должны образовывать неколлинеарный базис. Сравнение выполняется для различных значений азимута и угла места набора опорных данных. Результат пеленга получается из корреляционной и стохастической оценки, для которой коэффициент корреляции максимален. Если элементы антенны пеленгатора имеют направленную диаграмму направленности, то амплитуда может быть включена в сравнение.
Обычно система пеленгации корреляционного интерферометра 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 каналами приемника для улучшения производительности системы пеленгации.
Радиопеленгация , радиопеленгатор или RDF , когда-то была основным средством навигации в авиации. ( Аббревиатура Range and Direction Finding использовалась для описания предшественника радара . [2] ) Маяки использовались для обозначения пересечений «воздушных трасс» и для определения процедур вылета и захода на посадку. Поскольку передаваемый сигнал не содержит информации о пеленге или расстоянии, эти маяки называются ненаправленными маяками или NDB в мире авиации . Начиная с 1950-х годов эти маяки, как правило, заменялись системой VOR , в которой пеленг на навигационное средство измеряется по самому сигналу; поэтому не требуется специализированной антенны с подвижными частями. Благодаря относительно низкой стоимости покупки, обслуживания и калибровки NDB по-прежнему используются для обозначения местоположений небольших аэродромов и важных посадочных площадок для вертолетов.
Аналогичные маяки, расположенные в прибрежных районах, также используются для морской радионавигации, поскольку почти каждое судно было оснащено пеленгатором (Appleyard 1988). Очень немногие морские радионавигационные маяки остаются активными сегодня (2008), поскольку суда отказались от навигации с помощью RDF в пользу навигации GPS.
В Соединенном Королевстве служба радиопеленгации доступна на частотах 121,5 МГц и 243,0 МГц для пилотов самолетов, терпящих бедствие или испытывающих трудности. Служба основана на ряде радиопеленгаторных устройств, расположенных в гражданских и военных аэропортах, а также на некоторых станциях Береговой охраны Ее Величества. [11] Эти станции могут получить «фиксацию» самолета и передать ее по радио пилоту.
Радиопередатчики для воздушной и морской навигации известны как маяки и являются радиоэквивалентом маяка . Передатчик посылает передачу кода Морзе на частоте длинных волн (150–400 кГц) или средних волн (520–1720 кГц), включающую 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 включает в себя информацию о направлении, и поэтому эти маяки называются ненаправленными маяками или NDB .
Поскольку коммерческий диапазон средних волн вещания находится в пределах частотных возможностей большинства подразделений RDF, эти станции и их передатчики также могут использоваться для навигационных поправок. Хотя эти коммерческие радиостанции могут быть полезны из-за их высокой мощности и расположения вблизи крупных городов, между местоположением станции и ее передатчика может быть несколько миль, что может снизить точность «поправки» при приближении к городу вещания. Вторым фактором является то, что некоторые радиостанции AM являются всенаправленными в течение дня и переключаются на направленный сигнал с пониженной мощностью ночью.
RDF когда-то была основной формой навигации в авиации и на море. Цепочки маяков образовывали «воздушные трассы» от аэропорта до аэропорта, в то время как морские NDB и коммерческие радиостанции AM оказывали навигационную помощь малым судам, приближающимся к берегу. В Соединенных Штатах коммерческие радиостанции AM должны были передавать свой идентификатор станции один раз в час для использования пилотами и моряками в качестве помощи в навигации. В 1950-х годах авиационные NDB были дополнены системой VOR , в которой направление на маяк можно было извлечь из самого сигнала, отсюда и различие с ненаправленными маяками. Использование морских NDB было в значительной степени вытеснено в Северной Америке развитием LORAN в 1970-х годах.
Сегодня многие NDB были выведены из эксплуатации в пользу более быстрых и гораздо более точных навигационных систем GPS . Однако низкая стоимость систем ADF и RDF, а также продолжающееся существование станций AM-вещания (а также навигационных маяков в странах за пределами Северной Америки) позволили этим устройствам продолжать функционировать, в первую очередь для использования на небольших судах, в качестве дополнения или резерва к GPS.
Во время Второй мировой войны значительные усилия были потрачены на выявление секретных передатчиков в Соединенном Королевстве (UK) путем пеленгации. Работа была предпринята Службой радиобезопасности (RSS также MI8). Первоначально три станции U Adcock HF DF были установлены в 1939 году Главным почтовым отделением. С объявлением войны MI5 и RSS развили это в более крупную сеть. Одной из проблем с обеспечением покрытия территории размером с Великобританию была установка достаточного количества станций DF для покрытия всей территории для приема сигналов небесной волны, отраженных от ионизированных слоев в верхней атмосфере. Даже при расширенной сети некоторые области не были достаточно охвачены, и по этой причине было набрано до 1700 добровольных перехватчиков (радиолюбителей) для обнаружения незаконных передач с помощью наземной волны . В дополнение к стационарным станциям RSS управляла парком мобильных DF-машин по всей Великобритании. Если передатчик был идентифицирован стационарными станциями DF или добровольными перехватчиками, мобильные подразделения отправлялись в эту область для обнаружения источника. В качестве мобильных установок использовались системы HF Adcock.
К 1941 году в Великобритании было обнаружено всего несколько нелегальных передатчиков; это были немецкие агенты, которые были «перевернуты» и передавали сообщения под контролем МИ5. Было зафиксировано множество нелегальных передач, исходящих от немецких агентов в оккупированных и нейтральных странах Европы. Трафик стал ценным источником разведывательной информации, поэтому контроль над RSS впоследствии перешел к МИ6, которая отвечала за секретную разведывательную информацию, поступающую из-за пределов Великобритании. Операции по пеленгации и перехвату увеличивались в объеме и важности до 1945 года.
Станции HF Adcock состояли из четырех 10 -метровых вертикальных антенн, окружающих небольшую деревянную хижину оператора, содержащую приемник и радиогониометр , который был настроен для получения пеленга. Также использовались станции MF, которые использовали четыре 30- метровые решетчатые антенны 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 площадью от 1 до 2 м на концах вращающегося луча размером от 3 до 8 м. Угол луча был объединен с результатами радиогониометра для получения пеленга. Полученный пеленг был значительно острее, чем тот, который был получен с помощью системы U Adcock, но были неопределенности, которые помешали установке 7 предложенных систем SL DF. Оператор системы SL находился в металлическом подземном резервуаре под антеннами. Было установлено семь подземных резервуаров, но только две системы SL были установлены в Уаймондхэме, Норфолке и Уиверторпе в Йоркшире. Возникли проблемы, в результате чего оставшиеся пять подземных резервуаров были оснащены системами Adcock. Вращающаяся антенна SL поворачивалась вручную, что означало, что последовательные измерения были намного медленнее, чем поворот циферблата гониометра.
Еще одна экспериментальная станция с разнесенной петлей была построена около Абердина в 1942 году для Министерства авиации с полуподземным бетонным бункером. Она также была заброшена из-за трудностей в эксплуатации. К 1944 году была разработана мобильная версия разнесенной петли, которая использовалась RSS во Франции после вторжения в Нормандию в день Д.
Американские военные использовали береговую версию разнесенной петли DF во время Второй мировой войны под названием "DAB". Петли размещались на концах балки, все это находилось внутри деревянной хижины с электроникой в большом шкафу с дисплеем на электронно-лучевой трубке в центре балки, и все поддерживалось на центральной оси. Балка вращалась вручную оператором.
Королевский флот ввел вариант береговых станций HF DF в 1944 году для отслеживания подводных лодок в Северной Атлантике. Они построили группы из пяти станций DF, так что пеленги с отдельных станций в группе можно было объединить и взять среднее значение. Четыре такие группы были построены в Великобритании в Форд-Энде , Эссексе, Гунхаверне, Корнуолле, Анструтере и Боуэрмаддене в Шотландском нагорье. Группы были также построены в Исландии, Новой Шотландии и на Ямайке. Ожидаемые улучшения не были реализованы, но более поздние статистические работы улучшили систему, и группы Гунхаверна и Форд-Энда продолжали использоваться во время холодной войны. Королевский флот также разместил пеленгаторное оборудование на кораблях, которым было поручено вести противолодочную войну , чтобы попытаться обнаружить немецкие подводные лодки, например, фрегаты класса «Капитан» были оснащены среднечастотной пеленгаторной антенной (MF/DF) (антенна была установлена перед мостиком) и высокочастотной пеленгаторной антенной (HF/DF, «Huffduff») типа FH 4 (антенна была установлена на вершине грот-мачты). [12]
Полное руководство по беспроводной пеленгации Второй мировой войны было написано Роландом Кином, который был главой инженерного отдела RSS в Hanslope Park. Системы пеленгации, упомянутые здесь, подробно описаны в его книге 1947 года Wireless Direction Finding . [13]
В конце Второй мировой войны ряд станций RSS DF продолжали работать и в годы холодной войны под контролем британской службы радиоэлектронной разведки (GCHQ).
Большинство усилий по пеленгации в Великобритании в настоящее время (2009) направлены на обнаружение несанкционированных " пиратских " радиопередач FM-вещания. Сеть дистанционно управляемых пеленгаторов VHF используется в основном вокруг крупных городов. Передачи с мобильных телефонов также локализуются с помощью формы пеленгации, использующей сравнительную силу сигнала на окружающих местных "сотовых" приемниках. Этот метод часто предлагается в качестве доказательства в уголовных преследованиях в Великобритании и, почти наверняка, для целей SIGINT. [14]
Аварийные маяки-указатели местоположения широко используются на гражданских самолетах и судах. Исторически аварийные передатчики местоположения посылали только тональный сигнал и полагались на пеленгацию поисковым самолетом для определения местоположения маяка. Современные аварийные маяки передают уникальный идентификационный сигнал, который может включать данные о местоположении GPS , которые могут помочь в определении точного местоположения передатчика.
Лавинные приемопередатчики работают на стандартной частоте 457 кГц и предназначены для помощи в поиске людей и оборудования, погребенных под лавинами. Поскольку мощность маяка настолько мала, направленность радиосигнала определяется мелкомасштабными полевыми эффектами [15], и его может быть довольно сложно обнаружить.
Определение местоположения животных с радиометками методом триангуляции является широко применяемым методом исследования для изучения перемещения животных. Впервые этот метод был использован в начале 1960-х годов, когда радиопередатчики и батареи стали достаточно маленькими, чтобы их можно было прикрепить к диким животным, и в настоящее время широко применяется для различных исследований дикой природы. Большая часть отслеживания диких животных, которые были прикреплены к оборудованию радиопередатчика, выполняется полевым исследователем с помощью портативного радиопеленгатора. Когда исследователь хочет найти определенное животное, местоположение животного можно триангулировать, определив направление на передатчик из нескольких мест.
Фазированные решетки и другие передовые антенные технологии используются для отслеживания запусков ракетных систем и их результирующих траекторий. Эти системы могут использоваться в оборонительных целях, а также для получения разведданных о работе ракет, принадлежащих другим странам. Эти же технологии используются для обнаружения и отслеживания обычных самолетов .
Наземные приемники могут обнаруживать радиосигналы, исходящие от далеких звезд или областей ионизированного газа. Приемники в радиотелескопах могут обнаруживать общее направление таких естественных радиоисточников, иногда сопоставляя их местоположение с объектами, видимыми с помощью оптических телескопов. Точное измерение времени прибытия радиоимпульсов двумя радиотелескопами 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, были популярны со времен окончания Второй мировой войны. [16] Многие из этих мероприятий были впервые организованы для того, чтобы попрактиковаться в использовании методов радиопеленгации для реагирования на стихийные бедствия и целей гражданской обороны или попрактиковаться в определении источника радиочастотных помех . Самая популярная форма спорта во всем мире известна как любительская радиопеленгация или по ее международной аббревиатуре ARDF. Другая форма деятельности, известная как « охота за передатчиками », «мобильная Т-охота» или «охота на лис», происходит в более обширной географической области, такой как столичная зона большого города, и большинство участников путешествуют на автомобилях , пытаясь обнаружить один или несколько радиопередатчиков с помощью методов радиопеленгации.
Методы пеленгации для микроволновых частот 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 пеленгации.
В военно-морских системах возможность DF стала частью набора Electronic Support Measures (ESM), [17] : 6 [18] : 126 [19] : 70 , где полученная направленная информация дополняет другие процессы идентификации сигнала. В самолетах система DF предоставляет дополнительную информацию для приемника радиолокационного оповещения (RWR).
Со временем возникла необходимость в улучшении характеристик микроволновых систем пеленгации, чтобы противостоять тактике уклонения, применяемой некоторыми операторами, такой как радары с низкой вероятностью перехвата и скрытые каналы передачи данных .
Ранее в этом столетии электронные 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 с рамочной сеткой, используемая 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 для микроволнового диапазона, в том числе клистрон [ 24] [20] : 201 , резонаторный магнетрон [20] : 347 [24] : 45 и лампа 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 значительно улучшенному разрешению цели по сравнению с радиочастотными системами. Это позволяет лучше идентифицировать несколько целей и, кроме того, обеспечивает улучшенную точность направления. [25] Кроме того, антенны имеют небольшие размеры, поэтому их можно собирать в компактные решетки, и, кроме того, они могут достигать четко определенных диаграмм направленности, которые могут обеспечить узкие лучи с высоким коэффициентом усиления, что благоприятствует радарам и каналам передачи данных .
Другими преимуществами нового доступного микроволнового диапазона были отсутствие замирания (часто проблема в диапазоне коротковолнового радио (SW)) и значительное увеличение спектра сигнала по сравнению с уже используемыми перегруженными диапазонами радиочастот. Помимо возможности принимать гораздо больше сигналов, теперь стала возможной возможность использовать методы расширения спектра и скачков частоты .
После того, как микроволновые технологии получили распространение, началось быстрое расширение диапазона как со стороны военных, так и со стороны коммерческих пользователей.
Антенны для пеленгации должны соответствовать иным требованиям, чем для радаров или линий связи, где антенна с узким лучом и высоким коэффициентом усиления обычно является преимуществом. Однако при выполнении пеленгации пеленг источника может быть неизвестен, поэтому обычно выбирают антенны с большой шириной луча , даже если они имеют более низкий коэффициент усиления по оси визирования . Кроме того, антенны должны охватывать широкий диапазон частот.
На рисунке показан нормализованный полярный график типичной характеристики усиления антенны в горизонтальной плоскости. Ширина луча по половинной мощности главного луча составляет 2 × Ψ 0 . Предпочтительно, чтобы при использовании методов сравнения амплитуд для пеленгации главный лепесток приближался к гауссовой характеристике. Хотя на рисунке также показано наличие боковых лепестков , они не являются серьезной проблемой, когда антенны используются в решетке пеленгатора.
Обычно усиление антенны по оси визирования связано с шириной луча. [26] : 257 Для прямоугольного рупора усиление ≈ 30000/BW h .BW v , где BW h и BW v — горизонтальная и вертикальная ширина луча антенны, соответственно, в градусах. Для круглой апертуры с шириной луча BW c усиление ≈ 30000/BW c 2 .
Два типа антенн, популярных для радиопеленгации, — это спиральные антенны с полостью сзади и рупорные антенны .
Спиральные антенны способны работать в очень широких полосах пропускания [26] : 252 [27] и имеют номинальную ширину луча по половинной мощности около 70 градусов, что делает их очень подходящими для антенных решеток, содержащих 4, 5 или 6 антенн. [18] : 41
Для более крупных решеток, требующих более узких лучей , можно использовать рупоры. Ширина полосы пропускания рупорных антенн может быть увеличена за счет использования двухгребневых волноводных облучателей [28] [18] : 72 и использования рупоров с внутренними гребнями. [29] : 267 [30] : 181
Ранние микроволновые приемники обычно были простыми приемниками "кристалл-видео", [31] : 169 [18] : 172 [32], которые использовали кристаллический детектор, за которым следовал видеоусилитель с компрессионной характеристикой для расширения динамического диапазона. Такой приемник был широкополосным, но не очень чувствительным. Однако этот недостаток чувствительности можно было допустить из-за "преимущества дальности", которым обладал пеленгаторный приемник (см. ниже).
Клистрон и ЛБВ являются линейными устройствами и, в принципе, могут использоваться в качестве предусилителей приемника. Однако клистрон был совершенно неподходящим, поскольку был узкополосным устройством и чрезвычайно шумным [21] : 392 , а ЛБВ, хотя потенциально более подходящим, [21] : 548 имеет плохие характеристики согласования и большой объем, что делало ее непригодной для многоканальных систем, использующих предусилитель на антенну. Однако была продемонстрирована система, в которой один предусилитель ЛБВ избирательно выбирает сигналы из антенной решетки. [33]
Транзисторы, подходящие для СВЧ, стали доступны к концу 1950-х годов. Первым из них был полевой транзистор на основе металл-оксида-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 . С этими новыми устройствами стали возможны малошумящие предварительные усилители приемников, что значительно увеличило чувствительность и, следовательно, дальность обнаружения систем пеленгации.
Источник: [34]
Приемник пеленгации имеет преимущество в дальности обнаружения [35] по сравнению с приемником радара. Это происходит потому, что сила сигнала на приемнике пеленгации, вызванная передачей радара, пропорциональна 1/R 2 , тогда как на приемнике радара от отраженного сигнала пропорциональна σ/R 4 , где R — дальность, а σ — эффективная площадь рассеяния системы пеленгации. [36] Это приводит к тому, что сила сигнала на приемнике радара намного меньше, чем на приемнике пеленгации. Следовательно, несмотря на свою низкую чувствительность, простой приемник пеленгации на кристалле-видео обычно способен обнаружить передачу сигнала от радара на большем расстоянии, чем то, на котором собственный приемник радара способен обнаружить присутствие системы пеленгации. [18] : 8
На практике преимущество уменьшается за счет соотношения коэффициентов усиления антенн (обычно они составляют 36 дБ и 10 дБ для радара и ESM соответственно) и использования радаром методов расширения спектра , таких как компрессия линейной частотной модуляции , для увеличения усиления обработки его приемника. С другой стороны, система пеленгации может восстановить некоторое преимущество, используя чувствительные, малошумящие приемники и применяя методы Stealth для уменьшения своей эффективной площади рассеяния , [29] : 292, как в случае с самолетами Stealth и кораблями Stealth .
Переход на микроволновые частоты означал переоценку требований к системе пеленгации. [37] Теперь приемник больше не мог полагаться на непрерывный поток сигналов, на котором можно было бы проводить измерения. Радары с их узкими лучами освещали бы антенны системы пеленгации только изредка. Кроме того, некоторые радары, желающие избежать обнаружения (радары контрабандистов, вражеских кораблей и ракет), излучали бы свои сигналы нечасто и часто на низкой мощности. [38] Такая система называется радаром с низкой вероятностью перехвата . [39] [40] В других приложениях, таких как микроволновые линии связи, антенна передатчика может вообще никогда не быть направлена на приемник пеленгации, поэтому прием возможен только за счет утечки сигнала из боковых лепестков антенны . Кроме того, скрытые каналы передачи данных [41] могут излучать последовательность данных с высокой скоростью только очень редко.
В целом, для того чтобы соответствовать современным условиям, широкополосная микроволновая пеленгационная система должна обладать высокой чувствительностью и иметь покрытие в 360°, чтобы иметь возможность обнаруживать одиночные импульсы (часто называемые амплитудным моноимпульсом ) и достигать высокой «вероятности перехвата» (PoI). [42]
Сравнение амплитуд стало популярным методом пеленгации, поскольку системы относительно просты в реализации, обладают хорошей чувствительностью и, что очень важно, высокой вероятностью обнаружения сигнала. [43] : 97 [18] : 207 Обычно для обеспечения покрытия в 360 градусов используется массив из четырех или более косоугольных направленных антенн. [44] : 155 [18] : 101 [45] : 5–8,7 [43] : 97 [46] Методы сравнения фаз могут обеспечить лучшую точность пеленга, [45] : 5–8,9, но обработка более сложна. Системы, использующие одну вращающуюся тарелочную антенну, более чувствительны, малы и относительно просты в реализации, но имеют плохую PoI. [42]
Обычно амплитуды сигналов в двух соседних каналах массива сравниваются, чтобы получить пеленг входящего волнового фронта, но иногда используются три соседних канала, чтобы обеспечить повышенную точность. Хотя коэффициенты усиления антенн и их усилительных цепей должны быть точно согласованы, тщательное проектирование и конструкция, а также эффективные процедуры калибровки могут компенсировать недостатки в оборудовании. Общая точность пеленга от 2° до 10° (среднеквадратичное значение) была зарегистрирована [45] [47] с использованием этого метода.
Двухканальная пеленгация с использованием двух соседних антенн круговой решетки достигается путем сравнения мощности сигнала наибольшего сигнала с мощностью второго по величине сигнала. Направление входящего сигнала в пределах дуги, описываемой двумя антеннами с углом косоглазия Φ, может быть получено путем сравнения относительных мощностей принятых сигналов. Когда сигнал находится на оси прицеливания одной из антенн, сигнал на другой антенне будет примерно на 12 дБ ниже. Когда направление сигнала находится на полпути между двумя антеннами, уровни сигналов будут равны и примерно на 3 дБ ниже значения оси прицеливания. При других углах пеленга φ некоторое промежуточное отношение уровней сигналов даст направление.
Если диаграммы направленности антенны имеют гауссову характеристику, а мощности сигналов описываются в логарифмических терминах (например, в децибелах (дБ) относительно значения оси визирования), то существует линейная зависимость между углом пеленга φ и разностью уровней мощности, т. е. φ ∝ (P1(дБ) - P2(дБ)), где P1(дБ) и P2(дБ) являются выходами двух соседних каналов. На миниатюре показан типичный график.
Чтобы обеспечить покрытие в 360°, антенны круговой решетки выбираются парами в соответствии с уровнями сигнала, принимаемыми каждой антенной. Если в решетке имеется N антенн, с угловым интервалом (углом косоглазия) Φ, то Φ = 2π/N радиан (= 360/N градусов).
Если главные лепестки антенн имеют гауссову характеристику, то выход P 1 (φ), как функция угла пеленга φ, определяется выражением [18] : 238
где
Вторая антенна, направленная на Phi и имеющая тот же коэффициент усиления G 0 , дает выходной сигнал
Сравнивая уровни сигнала,
Натуральный логарифм отношения равен
Перестановка
Это показывает линейную зависимость между разницей выходного уровня, выраженной логарифмически, и углом направления ø.
Натуральные логарифмы можно преобразовать в децибелы (дБ) (где дБ относятся к усилению линии визирования) с помощью ln(X) = X(дБ)/(10.\log 10 (e)), поэтому уравнение можно записать так:
Повышение точности пеленга может быть достигнуто, если амплитудные данные с третьей антенны будут включены в обработку пеленга. [48] [44] : 157
Для трехканального пеленгатора с тремя антеннами, наклоненными под углами Φ, направление входящего сигнала определяется путем сравнения мощности сигнала канала, содержащего наибольший сигнал, с мощностями сигналов двух соседних каналов, расположенных по обе стороны от него.
Для антенн кольцевой решетки выбираются три антенны в соответствии с уровнями принимаемого сигнала, при этом наибольший сигнал присутствует в центральном канале.
Когда сигнал находится на оси прицеливания Антенны 1 (φ = 0), сигнал от двух других антенн будет равен и примерно на 12 дБ ниже. Когда направление сигнала находится посередине между двумя антеннами (φ = 30°), их уровни сигнала будут равны и примерно на 3 дБ ниже значения оси прицеливания, а третий сигнал теперь примерно на 24 дБ ниже. При других углах пеленга, ø, некоторые промежуточные соотношения уровней сигнала дадут направление.
Для сигнала, входящего по пеленгу ø, который здесь принимается правее оси визирования Антенны 1:
Выход канала 1
Выход канала 2
Выход канала 3
где G T — это общий коэффициент усиления каждого канала, включая коэффициент усиления антенны в направлении визирования, и предполагается, что он одинаков во всех трех каналах. Как и прежде, в этих уравнениях углы выражены в радианах, Φ = 360/N градусов = 2 π/N радиан и A = -ln(0,5).
Как и ранее, их можно расширить и объединить, чтобы получить:
Исключая A/Ψ 0 2 и переставляя
где Δ 1,3 = \ln(P 1 ) - ln(P 3 ), Δ 1,2 = \ln(P 1 ) - \ln(P 2 ) и Δ 2,3 = \ln(P 2 ) - \ln(P 3 ),
Значения разницы здесь указаны в неперах, но могут быть и в децибелах .
Значение пеленга, полученное с помощью этого уравнения, не зависит от ширины луча антенны (= 2.Ψ0), поэтому это значение не обязательно должно быть известно для получения точных результатов пеленга. Кроме того, существует эффект сглаживания для значений пеленга вблизи оси прицеливания средней антенны, поэтому там нет разрыва в значениях пеленга, поскольку входящие сигналы перемещаются слева направо (или наоборот) через ось прицеливания, как это может произойти при 2-канальной обработке.
Многие из причин ошибки пеленга, такие как механические дефекты в конструкции антенны, плохое согласование усиления приемника или неидеальные диаграммы усиления антенны, могут быть компенсированы процедурами калибровки и корректирующими таблицами, но тепловой шум всегда будет деградирующим фактором. Поскольку все системы генерируют тепловой шум [49] [50] , то, когда уровень входящего сигнала низок, отношение сигнал/шум в каналах приемника будет плохим, и точность прогнозирования пеленга пострадает.
В общем случае руководство по неопределенности пеленга дается следующим образом: [45] [51] > : 82 [31] : 91 [52] : 244
для сигнала на пересечении, но где SNR 0 — это отношение сигнал/шум, которое будет применяться в точке визирования.
Для получения более точных прогнозов на заданном пеленге используются фактические отношения S:N интересующих сигналов. (Результаты могут быть получены, предполагая, что ошибки, вызванные шумом, аппроксимируются путем соотнесения дифференциалов с некоррелированным шумом).
Для смежной обработки с использованием, скажем, канала 1 и канала 2, неопределенность пеленга (шум угла), Δø (среднеквадратичное значение), приведена ниже. [18] [31] : 91 [53] В этих результатах предполагается квадратичное обнаружение, а значения SNR приведены для сигналов на видео (полоса пропускания) для угла пеленга φ.
где SNR 1 и SNR 2 — это значения видеосигнала (базового диапазона) для каналов Антенны 1 и Антенны 2 при использовании квадратичного детектирования.
В случае 3-канальной обработки выражение, которое применимо, когда отношение S:N во всех трех каналах превышает единицу (когда ln(1 + 1/SNR) ≈ 1/SNR верно во всех трех каналах), имеет вид
где SNR 1 , SNR 2 и SNR 3 — значения видеосигнала/шума для канала 1, канала 2 и канала 3 соответственно для угла пеленга φ.
Схема возможной системы пеленгации [18] : 101 , использующая шесть антенн [54] [55], показана на рисунке.
Сигналы, принимаемые антеннами, сначала усиливаются малошумящим предусилителем перед обнаружением детекторными логарифмическими видеоусилителями (DLVA). [56] [57] [58] Уровни сигналов от DLVA сравниваются для определения угла прибытия. Рассматривая уровни сигналов в логарифмическом масштабе, как это обеспечивается DLVA, достигается большой динамический диапазон [56] : 33 и, кроме того, вычисления пеленгации упрощаются, когда главные лепестки диаграмм направленности антенн имеют гауссову характеристику, как показано ранее.
Необходимой частью анализа DF является определение канала, содержащего наибольший сигнал, и это достигается с помощью быстрой схемы компаратора. [44] В дополнение к процессу DF могут быть исследованы другие свойства сигнала, такие как длительность импульса, частота, частота повторения импульсов (PRF) и характеристики модуляции. [45] Работа компаратора обычно включает гистерезис, чтобы избежать дрожания в процессе выбора, когда пеленг входящего сигнала таков, что два соседних канала содержат сигналы одинаковой амплитуды.
Часто широкополосные усилители защищены от локальных источников высокой мощности (например, на корабле) входными ограничителями и/или фильтрами. Аналогично усилители могут содержать режекторные фильтры для удаления известных, но нежелательных сигналов, которые могут ухудшить способность системы обрабатывать более слабые сигналы. Некоторые из этих проблем рассматриваются в RF chain .
![{\displaystyle P_{1}(\phi )=G_{0}.\exp {\Bigr [}-A.{\Big (}{\frac {\phi }{\Psi _{0}}}{\Big )}^{2}{\Bigr ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f15d7dd42215d4cc1c027bf5b8131d0aed564f8)
![{\displaystyle P_{2}=G_{0}.\exp {\Bigr [}-A.{\Big (}{\frac {\Phi -\phi }{\Psi _{0}}}{\Big )}^{2}{\Bigr ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4bc00f945971d79d862beef86c331cda16c84758)
![{\displaystyle {\frac {P_{1}}{P_{2}}}={\frac {\exp {\big [}-A.(\phi /\Psi _{0})^{2}{\big ]}}{\exp {\Big [}-A{\big [}(\Phi -\phi )/\Psi _{0}{\big ]}^{2}{\Big ]}}}=\exp {\Big [}{\frac {A}{\Psi _{0}^{2}}}.(\Phi ^{2}-2\Phi \phi ){\Big ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2d96901e6bd34d6d62ba99c6ea643fe8c2b59a60)
![{\displaystyle \phi ={\frac {\Psi _{0}^{2}}{2A.\Phi }}.{\big [}\ln(P_{2})-\ln(P_{1}){\big ]}+{\frac {\Phi }{2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/86d7f75574799ac307ce780b77f7aae1d52d33a6)
![{\displaystyle \phi ={\frac {\Psi _{0}^{2}}{6.0202\Phi }}.{\big [}P_{2}(дБ)-P_{1}(дБ){\big ]}+{\frac {\Phi }{2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b247d0bdef7c7453e0a57108a6662c6e39cb78f9)
![{\displaystyle P_{1}=G_{T}.\exp {\Bigr [}-A.{\Big (}{\frac {\phi }{\Psi _{0}}}{\Big )}^{2}{\Bigr ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9cd6ef95366a8a132a862b8e6ddb8b1a993f8aea)
![{\displaystyle P_{2}=G_{T}.\exp {\Bigr [}-A.{\Big (}{\frac {\Phi -\phi }{\Psi _{0}}}{\Big )}^{2}{\Bigr ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed0e9099b9ee075ea7e910dad6b6c66baef9879d)
![{\displaystyle P_{3}=G_{T}.\exp {\Bigr [}-A.{\Big (}{\frac {\Phi +\phi }{\Psi _{0}}}{\Big )}^{2}{\Bigr ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/463e9864a50090bb2beb5f93397df4bbe6a67024)
