Raadiopeilingaator

Raadiopeilingaator on seade, mis määrab raadiosignaali allika suunda.[1]Raadiopeilingaatori ajalugu algas 1888. aastal, kui Heinrich Rudolf Hertz detsimeeterlainetega eksperimenteerides avastas, et antennid töötavad eri suundades eri moodi.[2]

Vana raadiopeilingaator Dubendorfi muuseumis

Raadiopeilingaatorit kasutatakse lennunduses ja laevanduses, sõjanduses, teaduses (raadioastronoomias, taevakehade, satelliitide ja kosmoselaevade asukoha määramiseks) ning raadiosignaalide leviku ja häirete uurimiseks.[3]

Osad

Tänapäeva raadiopeilingaatori põhilisteks osadeks on antennisüsteem, raadiovastuvõtjate süsteem, digitaalse töötluse seade ja indikaator ehk väljundseade.[4] Struktuuriskeem on kujutatud joonisel.

Antennisüsteem

Antennisüsteem võib koosneda ühest või mitmest antennist,mis on paigutatud teatud loogika järgi:

  • Kui antennid seada ringi või üksteise kohale, toob see kaasa suunadiagrammi kitsenemise vertikaalsuunas[5].
  • Kui antennid seada ühte horisontaalsesse tasapinda, siis väheneb suunadiagrammi laius horisontaaltasapinnas[5].
  • Kui antennid paigutada nii vertikaal- kui horisontaaltasapinda, siis suunadiagramm muutub kitsamaks nii vertikaal- kui horisontaaltasapinnas, võrreldes ühe antenniga saadud diagrammiga[5].

Antennisüsteemis kasutatakse raam-, varras-, koonus-, suund- ja muid antenne.

Raadiovastuvõtja plokk

Raadiovastuvõtja plokk selekteerib, võimendab sisendsignaali ja muundab selle sagedust. Kõigesagedamini kasutatakse raadiopeilingaatorites piiratud sisendkanalite arvuga raadiovastuvõtja plokki,tavaliselt üks kuni kolm kanalit. Vastuvõtja ploki väljunditest loetakse analoogsignaal vahepealselsagedusel ja antakse digitaaltöötluse plokki.[3]

Digitaaltöötluse plokk

Digitaaltöötluse plokk saab raadiovastuvõtja ploki väljundist analoogsignaali, mis teisendataksedigitaalsignaaliks vastavalt valitud peilimise meetodile (amplituudi-, faasi- jm. meetodid) ja vastavaltarvutustele määratakse raadiosignaali allika asimuut.Digitaaltöötluse ploki ülesannete hulka võib ka kuuluda signaalide spektraalanalüüs ja digitaalnedemodulatsioon või dekodeerimine.[3]

Indikaatoriplokk

Indikaatoriplokk näitab saadud raadiopeilingatsiooni tulemusi operaatorile arusaadaval moel. Plokkvõib olla tehtud ka näiteks personaalarvutist, mida lisaks resultaatide näitamisele ja spektraalanalüüsilevõib kasutada aparaatide töö juhtimisel või näiteks peilimise tulemuste andmebaasiks. Peilimiseresultaate näidatakse joon- või ringdiagrammil.[3]

Peamised karakteristikud

Raadiopeilingaatori olulisemateks tunnusteks on:

Peilimise täpsus

Raadiopeilingaatori täpsuse määrab peilimise nurkmõõtemääramatus, ehk peilimiste ruutkeskminehälve, mis näitab, kui palju erineb saadud nurk tõelisest (reaalsest) nurgast.[3]Täpseks peilingatsiooniks loetakse mõõtmist täpsusega alla 1°, suure sagedusvahemiku juures (üle100 MHz). Mida kõrgem on sagedusvahemik, seda väiksem on peilimise nurkhälve. Väiksematelsagedustel (kuni 100 MHz) täpsus halveneb[1].[3]

Tundlikkus

Peilingatsiooni tundlikkus on raadiopeilingaatori võime väljundis pinget muuta sõltuvaltsuunadiagrammi asetuse muutumisest objekti suhtes. Praktiliselt rääkides, tundlikkus näitabraadiopeilingaatori võimet peilida vähevõimsaid või kaugeid signaaliallikaid.[3] Mida suurem onväljundi pinge muutus antud nurga muutuse puhul, ja mida suurem on sagedus, seda suurem on ka tundlikkus.[6]

Mürakindlus

Mürakindlus näitab raadiopeilingaatori võimet töötada erinevate mürade mõju all, seejuures säilitadanäidu täpsust antud piirides.[6]Raadiopeilingaatori mürakindluse määrab tema raadiovastuvõtja osade mürakindlus, ruumilineselektiivsus[7] (selektiivsus on võime eristada õiget signaali piisavalt väikese müraga, kui samal ajal teised sarnased signaalid segavad). Mürakindlus sõltub antenni konstruktsioonist, väljundseadme tüübist, töötluse meetodist jaadaptatsioonist antud olukorra mürale.Mürakindluse olulisteks faktoriteks on veel mittetundlikus väljade moonutusele, mittetundlikkuspolarisatsioonivigadele, mittetundlikkus mittekoherentsetele häiretele peilitavas sageduskanalis.[3]

Kiirus

Raadiopeilingaatori kiiruseks nimetatakse miinimumaega, mis kulub raadiopeilingaatori seadistamiseksantud sagedusele ja peilingu leidmisele. Raadiovastuvõtja seadistamine mingile sagedusele võib võtta10–100 ms.[3]Raadiopeilingaatori kiirus on väga oluline parameeter tema kasutamisel. Üldiselt, kiirusesuurendamiseks võib kasutada kiiresti häälestatavaid raadiovastuvõtjaid, vähendadaantennielementidest signaali võtmisele kuluvat aega, vähendada antennielementide arvu, vähendadaarvutuste hulka (kompromissina peilingatsiooni lahutusvõimele)[3].[4]

Töösageduste vahemik

Igal raadiopeilingaatoril on oma töösageduste vahemik, milles ta suudab peilida nõutud parameetritega.Leidub raadiopeilingaatoreid, millel on väga lai sagedusvahemik – kilohertsidest kümnetegigahertsideni.[3]

Lahutusvõime

Veel üks raadiopeilingaatori oluline parameeter on lahutusvõime, st. võime eristada peilimisel erinevaidraadiosaatjaid, kui neil on lähedased parameetrid. Lahutusvõimeid on kaks:

  • Sageduse lahutusvõime määrab sisendi faasimüra ja signaali digitaalse töötluse keerukus.
  • Nurk θ (sisendi nurkkoordinaat): minimaalne erinevus nurkades kahe lähedase objekti vahel, kui muud parameetrid on samad[3].[6]

Peilitava signaali tüüp

See parameeter määrab, mis tüüpi raadiosignaali allikaid ollakse võimeline peilima. Variandid on näiteks impulsssignaalid ilma modulatsioonita, pidevsignaalid ilma modulatsioonita, nurkmodulatsiooniga impulsssignaalid, nurkmodulatsiooniga pidevsignaalid, lineaarse sagedusmodulatsiooniga impulsssignaalid.[4]Peilitava signaali tüüp on otseselt seotud sisendi sagedusvahemikuga ja kiirusega. Mida suurem onpeilingaatori sagedusvahemik, seda suurema sagedusvahemikuga ja seda lühiajalisemaid signaale onvõimalik peilida.[3]

Raadiopeilingaatori tüübid

On mitu meetodit, kuidas saada informatsiooni signaaliallika suuna kohta (peilida). Raadiopeilingaatoritüüp sõltub peilingatsiooni meetodist. Tüüpe on erinevaid: vastavalt vastu võetava signaali uuritavaleparameetrile jagunevad peilingaatorid amplituud-, faasi- ja amplituudi-faasipeilingaatoriteks. Tavaliseltkasutatakse raadiopeilingaatorites amplituudi- või faasimeetodit.Vastavalt saatjast info saamise meetodile jagunevad peilingaatorid ühekanalisteks ja mitmekanalisteks(peilingaator suudab korraga vastu võtta vastavalt ühe või mitme erineva sagedusega raadiosignaali).[8]

Amplituudraadiopeilingaator

Amplituudimeetod peilimiseks põhineb suundantennide kasutamisel. Nurkkoordinaadi muutumine onseotud signaali amplituudi muutumisega antenni väljundis. Amplituudimeetodiga peilimisekskasutatakse antennisüsteemi, millel on üks või mitu selgesti eristuvat miinimumi või maksimumi. Sellemeetodiga võib peilida nii käsitsi (keerates antenni ja kuulates signaali valjust) kui ka automaatselt.


Tänapäeval kasutatakse mitut amplituudimeetodit: maksimumi, miinimumi, võrdluse, võrdsetesignaalide meetod.
Maksimumi meetodi puhul on suundantenn suunatud täpselt signaaliallikale hetkel, kui vastuvõetavasignaali amplituud on maksimaalne. Praktiliselt kasutatakse maksimumi meetodit ultralühilainetesagedusvahemikus.
Võrdsete signaalide meetodi puhul võrreldakse kaht signaali, mis saadakse samast allikast kahe erisuundantenniga. Antennide suunanurgad erinevad väikese nurga võrra, seega kui antennidest loetudsignaalid on võrdsed, on signaaliallikas antennide vahel.[4]

Faasiraadiopeilingaator

Faasimeetod peilimiseks põhineb elektromagnetlainete faaside erinevuse mõõtmisel erinevatesantennides.[4]
Faasimeetodi eelis on suhteliselt suur mõõtmistäpsus, puudusteks on fakt, et tulemus ei ole üheseltmääratud ja võimetus eri signaaliallikaid eristada.
Faasimeetodiga peilimise üheks variandiks on Doppleri peilingaator, mis põhineb Doppleri efektil, samuti kvaasidoppleri peilingaator. Doppleri efektil põhineval raadiopeilingaatoril on head omadused:

  • Ruumiline selektiivsus – mitmelt saatjalt tulevad signaalid ei lähe omavahel segamini
  • Hea tundlikkus

Doppleri raadiopeilingaatori puuduseks on teatud ajaline viide, mis kulub peilingu leidmisele.[3]

Viited