Brukar:HHKhhk/Radiopeiling

Radiotriangulering med to peileantenner (A og B)

Radiopeiling (Engelsk: Direction Finding - DF) er å finna ut kva retning som eit mottekne elektromagnetisk signal vart sendt ifrå. Dette kan referera seg til radio eller andre formar for trådlaus kommunikasjon, medteke radar signaldeteksjon og overvaking (ELINT/EST). Ved å kombinera retningsinformasjon frå to eller fleire mottakarar i høveleg avstand til kjelda på same tid, kan posisjonen finnast via triangulering. Radiopeiling brukast i navigasjon av skip og fly, for å finna ein beredskapssender for søk og redning, for sporing av dyreliv, og for å finna ulovlege eller forstyrrande sendarar. DF var viktig i kampen mot tyske truslar både under andre verdskrigen, Battle of Britain og i Slaget om Atlanterhavet. Luftforsvaret i Storbritannia har òg brukt DF å finna sine eigne jagarflygrupper samstundes med at dei òg peila fienden sine bombefly.

Radiopeiling kan brukast til å bestemme retninga til alle elektromagnetiske utsrålingar, sjølv om svært lange bølgjelengder (låge frekvensar) krev svært store antenner, og vert brukt generelt berre på bakkebaserte system. Desse bølgjelengdene er likevel brukt for radionavigasjon til sjøs ettersom dei kan reisa svært lange avstandar "over horisonten", noko som er verdefullt for skip når sikten kan vera berre nokre kilometer. Antennebruk, der horisonten kan utvidast til hundrevis av kilometer, kan høgare frekvensar brukast, og dette tillèt bruk av mykje mindre antenner. Automatiske peileapparat som tidlegare kunne finna ut posisjonen på skip eller fly ved å peile kjende radiofyr og faste kringkastarar, vart i 2017 gradvis utfasa[1].

Militært er radiopeiling eit viktig verktøy for Signaletterretning. Evna til å finna posisjonen til ein fiendtleg sendar har vore vikig sidan første verdskrigen, og spelte ei sentral rolle i andre verdskrigen og "Battle of the Atlantic". Det er vurdert slik at Storbritannias avanserte "huff-duff"- system var direkte eller indirekte ansvarleg for at 24% av alle tyske U-Båtar vart oppdaga under krigen. Moderne system brukar ofte fase-arrangerte antenner for å tillata rask stråleforming for svært noggranne resultat, og er ein del av eit større elektronisk krigføringskompleks.

Radiopeileapparater har utvikla seg i takt med utviklinga av ny elektronikk. Tidlege system som brukte mekanisk roterande antenner som samanlikna signalstyrkar vart vidareutvikla og fleire elektroniske versjonar med det same konseptet vart laga. Moderne system brukar samanlikning av fase eller doppler teknikkar som er generelt enklare å automatisera.[2]

Antenner

Radiopeiling krev ei antenne som er retningsbestemt (meir sensitive i visse retningar enn i andre). Til dømes, ein Yagi-antenne har ganske markant retning, så kjelda til ei overføring kan verta avgjort berre ved å peika i den retninga der det maksimale signalnivå er oppnådd. Likevel, for å etablera retning med stor grannsemd krevs meir avansert teknikk.

Belini-tosi peileantenne på toppen av masten av ein taubåt

Ei enkel form for retningsbestemt antenne er løkkeantenne. Denne består av ein open løkke av ei ledning, eller ein metallring som dannar antenne-element i seg sjølv, der diameteren på løkka er ein tidel av ei bølgjelengd eller mindre i høve ynskt frekvens.


! -



Ei antenne som vil vera minst kjenslevar for signal som er normal (90 grader) i høve til løkka og mest lydhøyr overfor dei møte kant på. Dette er forårsaka av fase-utgang for overføring av beacon. Fase endra fasen fører til ein skilnad mellom indusert spenning på kvar side av løkken på nokre augneblunkar. Slå løkken andlet på vil ikkje forårsaka nokon straumen. Skru antenna for å få minimum signal vil etablera to moglege retningar frå der signalet kan vera som kjem. NULL er brukt, som små kanta deflections av løkke antenne nær null stillingar produsera større endringar i gjeldande enn tilsvarande kanta endringar i nærleiken loopar maks posisjonar. For denne grunnen, eit null-posisjon løkke antenne er brukt.

For å løysa dei to retning høve, ei kjensle antenna er brukt, sans for aerial har ingen retningsbestemte eigenskapar, men har same følsomhet som løkke antenne. Ved å leggja til eit jamn signal frå den forstanden antenna til vekslande signal frå loop signal som den roterer, det er no berre ei stilling som loop roterer 360° som det er utan straum. Dette fungerer som ein fase ref punkt, slik at riktig null poeng for å identifiserast, og dermed fjerne 180° tvetydighet. Ein dipol antenna utstillingar lignande eigenskapar, og er grunnlaget for Yagi-antenne, som er kjent som den vanlege VHF eller UHF tv - antenne. For mykje høgare frekvensar enno, parabol antenne kan brukast, som er svært retningsbestemt, med fokus motteke signal frå ein veldig smal vinkel til eit motteke element i sentrum.

Meir avanserte teknikkar som gradvis matriser er vanlegvis brukt for svært nøyaktig retning for å finna system som vert kalla goniometers som er brukt i signal intelligence (SIGINT). Eit helikopter basert DF systemet vart utvikla av ESL Stiftet for AMERIKANSKE STYRESMAKTER så tidleg som i 1972.

RDF-antenne på denne B-17F ligg i framtredande teardrop bustad under nasen.

Enkelt kanal DF eller enkelt stad (SSL)

Single-channel DF brukar ein multi-antenne array med ein enkelt kanal radio-mottakar. Denne tilnærminga til DF openberra har nokon fordeler og ulemper. Sidan den berre brukar éin mottakar, mobilitet og lågare straumforbruk er openberra fordeler, men utan evne til å sjå på kvar antenne samstundes (noko som ville vera tilfelle viss ein skulle bruka fleire receivere, òg kjent som N-kanal DF) meir komplekse operasjonar må skje på antenna for å presentera signal til mottakaren.

Dei to hovudkategoriane som ein enkelt kanal DF algoritme fell inn er amplitude samanlikninga og fase samanlikninga. Nokre algoritmar kan vera hybridar av dei to.

Pseudo-doppler DF teknikk

Pseudo-doppler teknikken er ein fase basert DF metode som gjev ein lagar anslag på det mottekne signalet ved å mæla doppler shift - indusert på signal ved prøvetaking rundt elementa i ein sirkulær tabell. Den opphavlege metoden vert brukt ei enkel antenne som er fysisk flytta i ein sirkel, men den moderne tilnærminga brukar ein multi-sirkulære antenne array med kvar antenne sampla på rad.

Watson-Watt / Adcock antenne array

Den Watson-Watt teknikken brukar to Adcock antenne-par for å utføra ein amplitude samanlikning på det innkommande signalet. Ein Adcock antenna par er eit par av monopole eller dipol-antenner som tek vector skilnad på motteke signal på kvar antenne, slik at det er berre éin utgang frå par antenner. To av desse para er samlokalisert, men orientert vinkelrett til å produsera det kan refererast til som den N-EN-S (Nord-Sør) E-W (Aust-Vest) signal om at det vil deretter sendast til mottakaren. I mottakaren, lageret vinkel kan deretter bereknast ved å ta arctangens av tilhøvet mellom N-Sjå til E-W-signal.

Correlative interferometer

Det grunnleggjande prinsippet i correlative interferometer består i å samanlikna dei mælte fase skilnader med fase skilnader som vert oppnått for eit DF antenna system av kjende konfigurasjon på ei kjend bølgje vinkel (referanse data set). Samanlikninga er gjord for ulike azimuth verdiar av referanse data set, lageret er henta frå data som korrelasjonskoeffisienten er på maksimum. Viss retninga finne antenne-element har ein retningsbestemt antenna mønster, så amplituden kan inkluderast i samanlikninga.

Nytte

Radio navigation

Ein berbar, batteridrevet GT-302 Accumatic automatisk retning finder for marin nytte

Radio retning å finna, Radio retning finder, eller RDF ein gong var den primære luftfarten navigasjonshjelpemiddel. (Utval og Retning å Finna var forkortinga som vert brukt for å skildra forgjengaren til Radar.) Beacons vart brukt til å markera "airways" kryss og til å definera reisa og tilnærming prosedyrar. Sidan signalet overførast inneheld ingen informasjon om peiling og avstand, desse beacons er referert til som ikkje-retningsbestemte beacons, eller NDB i luftfart verda. Startar på 1950-talet, desse beacons generelt vart erstatta av VOR - systemet, som lageret til navigasjonshjelpemiddel er mælt frå signal i seg sjølv, og difor inga spesialisert antenne med bevegelege delar er naudsynt. På grunn av relativt lavt kjøp, vedlikehald og kalibrering kostnad, NDB er enno brukast for å markera stadar av mindre flyplassar og viktig helikopter landing områr.

Lignande beacons ligg i kystnære område er òg brukt til maritime radio navigation, som nesten alle skip er (var) utstyrt med ei retning finder (Appleyard 1988). Svært få maritime radio navigation beacons vera aktiv i dag (2008) som skip har forlate navigasjon via RDF-i favør av GPS-navigasjon.

I Storbritannia har ein radio retning å finna tenesta er tilgjengeleg på 121.5 MHz og 243.0 MHz å fly pilotar som er i naud eller opplever vanskar. Tenesta er basert på ei rekkje radio DF einingar som ligg på sivile og militære flyplassar, og visse HM Coastguard stasjonar.[3] Desse stasjonane kan få ein "fix" av flyet, og overføra det ved radio til piloten.

Plasseringa av ulovlege, løynlege eller fiendtlige sendarar - SIGINT

British Post Office RDF lastebil frå 1927 for å finna ulisensiert amatør radio sendarar. Det vart òg brukt til å finna regenerativ mottakarar som utstrålte forstyrrande signal på grunn av tilbakemeldinger, eit stort problem på den tida.

I World War II betydeleg innsats vart gjord på å identifisera løynlege sendarar i Storbritannia (UK) retning av å finna. Arbeidet vart utførd av Radio tryggleiksteneste (RSS-òg MI8). I utgangspunktet tre U Adcock HF DF stasjonar vart sett opp i 1939 av General Post Office. Med den fråsegna av krig, MI5 og RSS utvikla dette til eit større nettverk. Eitt av problema med å gje dekning over eit område på storleik med STORBRITANNIA var å installera tilstrekkeleg DF-stasjonar for å dekka heile området for å motta skywave signal som vert attende reflektert frå ionised lag i den øvre atmosfæren. Sjølv med utvida nettverk, kan nokon område ikkje var tilstrekkeleg dekt, og for denne grunnen opp til 1700 frivillig interceptors (radioamatørar) vart rekruttert til å oppdaga ulovlege overføringar av bakken bølgje. I tillegg til dei faste stasjonane, RSS køyrde ein flåte av mobile DF bilar rundt om i STORBRITANNIA. Viss ein sender som vart identifisert av den faste DF stasjonar eller frivillig interceptors, mobile einingar vart sendt til området for å heim på kjelda. Dei mobile einingane var HF Adcock system.

Av 1941 berre eit par av illegale sendarar hadde vorte identifisert i NOREG, og desse var tyske agentar som hadde vorte "slått" og var overføra under MI5 kontroll. Mange ulovlege overføringar hadde vore logga kjem frå tyske agentar i okkupert og nøytrale land i Europa. Trafikken vart ei verdifull kjelde til etterretning, slik at kontroll av RSS vart seinare send til MI6, som var ansvarleg for løynlege etterretning med opphav frå utanfor STORBRITANNIA. Retning å finna og avskjæring drift auka i volum og tyding til 1945.

HF Adcock stasjonar bestod av fire 10m vertikal antenner rundt ein liten trekirke operatørar hytte som inneheld ein mottakar og ein radio-goniometer som var justert for å få tak i lageret. MF stasjonane vart òg brukt som vert brukt fire guyed 30m gitter tårn antenner. I 1941 RSS byrja å eksperimentera med Linjeavstand Loop peileapparater, utvikla av Marconi selskapet og STORBRITANNIA National Fysiske Laboratorium. Disse bestod av to parallelle loopar 1 til 2m plassen på endene av ein roterbar 3 til 8m breidde. Vinkelen strålen vart kombinert med resultat frå ein radiogoniometer å gje eit lagar. Lageret vart innhenta betydeleg skarpare enn det som vert oppnått med U Adcock system, men det var uklarheter som hindra installasjonen av 7 forslag S. L DF system. Operatør av ein SL-system var i eit metall underjordisk tank under antenner. Sju underjordiske tankar vart installert, men berre to SL-system vart installert i Wymondham, Norfolk og Weaverthorp i Yorkshire. Problem oppstod som resulterer i dei attverande fem underjordiske tankar er utstyrt med Adcock system. Den roterande SL antenna vart slegen for hand noko som tydde suksessive målingar vart ein mykje langsamare enn å slå ring av eit goniometer.

Ein annan eksperimentell fordelt løkken stasjon vart bygd i nærleiken av Aberdeen i 1942 for Air Departementet med ein semi-t-betong bunkar. Òg detta vart skrinlagt på grunn av operasjonelle problem. Ved 1944 ein mobil versjon av den sperra loopen hadde vorte utvikla og vart brukt av RSS i Frankrike etter D-dagen i Normandie.

Det AMERIKANSKE FORSVARET brukte eit land-basert versjon av den sperra loopen DF i World War II kalla "DAB". Loopar vart plassert i endene av ein bjelke, som alle vart plassert i ein av tre hytte med elektronikk i eit stort skap med cathode ray tube - skjerm i midten av strålen og alt som vert støtta på ein sentral akse. Bjelken vart rotert manuelt av operatøren.

The Royal Navy innført ein variasjon på land basert HF DF stasjonar i 1944 til å spora U-båtar i Nord-Atlanteren. Dei bygde grupper på fem DF stasjonar, slik at lagera frå individuelle stasjonar i gruppa kan kombinerast og meiner teke. Fire slike grupper vart bygd i Storbritannia på Ford Slutten, Essex, Goonhavern, Cornwall, Anstruther og Bowermadden i det Skotske Høylandet. Gruppene var òg bygd på Island i Nova Scotia og Jamaica. Den etterlengtede forbetringar vart ikkje realisert, men seinare statistisk arbeid forbetra system og Goonhavern og Ford Slutten grupper heldt fram å brukast under den Kalde Krigen. Royal Navy òg deployert retning å finna utstyr på skip i oppdrag å anti-ubåt krigføring for å prøva å finna tyske ubåtar, t.d. Kaptein-klassa fregattar var utstyrd med ein middels frekvens retning å finna antenne (MF/DF) (antenna vart montert i front av brua) og høg frekvens retning å finna (HF/DF, "Huffduff") FH Type 4-antenne (antenna vart montert på toppen av mainmast).[4]

Ein omfattande referanse på World War II trådlaus retning å finna var skrive av Roland Oppteke av, som var leiar for engineering department of RSS på Hanslope Park. DF-system som er nemnt her, er skildra i detalj i hans 1947 bestill Trådlaus Retning å Finna.[5]

På slutten av andre Verdskrig ei rekkje RSS-DF-stasjonar heldt fram å operera i den Kalde Krigen under kontroll av GCHQ den Britiske SIGINT organisasjon.

Dei fleste retning å finna arbeid i NOREG no (2009) er rett mot å finna uautorisert "pirat" FM-radio sendingar. Eit nettverk av fjernstyrast VHF peileapparater er brukt hovudsakleg lokalisert rundt dei store byane. Sendingane frå mobil telefonar er òg plassert ved ei form for retning å finna ved hjelp av komparative signalstyrke på rundt lokale "celle" mottakarar. Denne teknikken er ofte tilbydast som bevis i STORBRITANNIA kriminelle tiltalar og, nesten heilt sikkert, for SIGINT føremål.[6]

Nødhjelp

Det finst mange former av radiosendarar designa for å overføra som eit fyrtårn i tilfelle ein nødsituasjon, som er mykje brukt på sivile fly. Moderne beredskap beacons overføra ein unik identifikasjon signal som kan hjelpa i å finna den nøyaktige plasseringa av sendaren.

Snøskred redning

Skred mottakarar fungerer på ein standard 457 kHz, og er utforma for å hjelpa finna folk og utstyr gravlagt av skred. Sidan straumen av varden er så lågt som tekstretning på radiosignalet er dominert av små skala feltet effektar og kan vera ganske komplisert å finna.[7]

Dyreliv sporing

Plasseringa av radio-merkte dyr ved triangulering er ei mykje anvend forsking teknikk for å studera rørsle av dyr. Teknikken vart først brukt i dei tidlege 1960-talet, då den teknologien som vert brukt i radio sendarar og batteri gjorde dem lite nok til å verta til fest ville dyr, og er no utbreidde for eit utval av dyreliv studiar. Dei fleste sporing av ville dyr som har vore festa med radiosendar utstyr er gjort av ein felt forskar ved hjelp av ein håndholdt radio retning å finna eininga. Når forskaren ynskjer å finna eit bestemt dyr, plasseringa av dyr kan verta triangulated ved å avgjera retninga til sendaren frå fleire stadar.

Rekognosering

Fasa matriser og andre avanserte antenne teknikkar nyttast til å spora lanseringar av rakett - system og deres resulterer banar. Desse systema kan brukast for defensive føremål og òg å få intelligens på drift av missil som høyrer til andre nasjonar. Dei same teknikkane er brukt for deteksjon og sporing av konvensjonelle fly.

Sport

Hendingar arrangert av grupper og organisasjonar som involverer bruk av radio retning å finna ferdigheter til å finna sendarar på ukjende stadar har vore populære sidan slutten av andre Verdskrig.[8] Mange av desse hendingane vart først fremja for å praktisera bruk av radio retning å finna teknikkar for katastrofeinnsats og sivilforsvaret føremål, eller for å øva på å finna kjelda til radio frequency interference. Den meste populære forma for sport, over heile verda, er kjent som Amatør Radio Retning å Finna eller ved sin internasjonale forkortinga ARDF. Ein anna form for aktivitet, kjent som "sender jakt", "mobile T-jakt" eller "revejakt" føregår i eit større geografisk område, til dømes hovudstadsområdet i ein stor by, og dei fleste deltakarane reisa i køyretøy medan du freistar å finna ein eller fleire radiosendarar med radio retning å finna teknikkar.

Sjå òg

  • Amplitude monopuls
  • Nyre
  • Kompass
  • Moderne døydde slepp teknikkar
  • Geolocation
  • Fase interferometri
  • Radio retning finder
  • Radio fiksa
  • Signaler intelligens
  • TDOA
  • Trafikkanalyse
  • HF/DF
  • Wullenweber
  • EIN/FLR-9, har ein kald krig-US Air Force HF retning finna system.
  • EIN/FRD-10, ein kald krig-US Navy HF retning finna system.

Referansar

Bibliografi

Radiotriangulation scheme using two direction-finding antennas (A and B)
Direction finding antenna near the city of Lucerne, Switzerland

Direction finding (DF), or radio direction finding (RDF), is the measurement of the direction from which a received signal was transmitted. This can refer to radio or other forms of wireless communication, including radar signals detection and monitoring (ELINT/ESM). By combining the direction information from two or more suitably spaced receivers (or a single mobile receiver), the source of a transmission may be located via triangulation. Radio direction finding is used in the navigation of ships and aircraft, to locate emergency transmitters for search and rescue, for tracking wildlife, and to locate illegal or interfering transmitters. RDF was important in combating German threats during both the World War II Battle of Britain and the long running Battle of the Atlantic. In the former, the Air Ministry also used RDF to locate its own fighter groups and vector them to detected German raids.

RDF systems can be used with any radio source, although very long wavelengths (low frequencies) require very large antennas, and are generally used only on ground-based systems. These wavelengths are nevertheless used for marine radio navigation as they can travel very long distances "over the horizon", which is valuable for ships when the line-of-sight may be only a few tens of kilometres. For aerial use, where the horizon may extend to hundreds of kilometres, higher frequencies can be used, allowing the use of much smaller antennas. An automatic direction finder, which could be tuned to radio beacons called non-directional beacons or commercial AM radio broadcasters, was until recently, a feature of most aircraft, but is now being phased out [1]

For the military, RDF is a key tool of signals intelligence. The ability to locate the position of an enemy transmitter has been invaluable since World War I, and played a key role in World War II's Battle of the Atlantic. It is estimated that the UK's advanced "huff-duff" systems were directly or indirectly responsible for 24% of all U-Boats sunk during the war. Modern systems often used phased array antennas to allow rapid beamforming for highly accurate results, and are part of a larger electronic warfare suite.

Radio direction finders have evolved, following the development of new electronics. Early systems used mechanically rotated antennas that compared signal strengths, and several electronic versions of the same concept followed. Modern systems use the comparison of phase or doppler techniques which are generally simpler to automate. Early British radar sets were referred to as RDF, which is often stated was a deception. In fact, the Chain Home systems used large RDF receivers to determine directions. Later radar systems generally used a single antenna for broadcast and reception, and determined direction from the direction the antenna was facing.[2]

Antennas

Direction finding requires an antenna that is directional (more sensitive in certain directions than in others). Many antenna designs exhibit this property. For example, a Yagi antenna has quite pronounced directionality, so the source of a transmission can be determined simply by pointing it in the direction where the maximum signal level is obtained. However, to establish direction to great accuracy requires more sophisticated technique.

The crossed-loops DF antenna atop the mast of a tug boat

A simple form of directional antenna is the loop aerial. This consists of an open loop of wire on an insulating former, or a metal ring that forms the antenna elements itself, where the diameter of the loop is a tenth of a wavelength or smaller at the target frequency. Such an antenna will be least sensitive to signals that are normal to its face and most responsive to those meeting edge-on. This is caused by the phase output of the transmitting beacon. The phase changing phase causes a difference between the voltages induced on either side of the loop at any instant. Turning the loop face on will not induce any current flow. Simply turning the antenna to obtain minimum signal will establish two possible directions from which the signal could be emanating. The NULL is used, as small angular deflections of the loop aerial near its null positions produce larger changes in current than similar angular changes near the loops max positions. For this reason, a null position of the loop aerial is used.

To resolve the two direction possibilities, a sense antenna is used, the sense aerial has no directional properties but has the same sensitivity as the loop aerial. By adding the steady signal from the sense aerial to the alternating signal from the loop signal as it rotates, there is now only one position as the loop rotates 360° at which there is zero current. This acts as a phase ref point, allowing the correct null point to be identified, thus removing the 180° ambiguity. A dipole antenna exhibits similar properties, and is the basis for the Yagi antenna, which is familiar as the common VHF or UHF television aerial. For much higher frequencies still, parabolic antennas can be used, which are highly directional, focusing received signals from a very narrow angle to a receiving element at the centre.

More sophisticated techniques such as phased arrays are generally used for highly accurate direction finding systems called goniometers such as are used in signals intelligence (SIGINT). A helicopter based DF system was designed by ESL Incorporated for the U.S. Government as early as 1972.

Mal:See also

The RDF antenna on this B-17F is located in the prominent teardrop housing under the nose.

Single-channel DF

Single-channel DF uses a multi-antenna array with a single channel radio receiver. This approach to DF offers some advantages and drawbacks. Since it only uses one receiver, mobility and lower power consumption are benefits. Without the ability to look at each antenna simultaneously (which would be the case if one were to use multiple receivers, also known as N-channel DF) more complex operations need to occur at the antenna in order to present the signal to the receiver.

The two main categories that a single channel DF algorithm falls into are amplitude comparison and phase comparison. Some algorithms can be hybrids of the two.

Pseudo-doppler DF technique

The pseudo-doppler technique is a phase based DF method that produces a bearing estimate on the received signal by measuring the doppler shift induced on the signal by sampling around the elements of a circular array. The original method used a single antenna that physically moved in a circle but the modern approach uses a multi-antenna circular array with each antenna sampled in succession.

Watson-Watt, or Adcock-antenna array

Mal:Main articleThe Watson-Watt technique uses two Adcock antenna pairs to perform an amplitude comparison on the incoming signal. An Adcock antenna pair is a pair of monopole or dipole antennas that takes the vector difference of the received signal at each antenna so that there is only one output from the pair of antennas. Two of these pairs are co-located but perpendicularly oriented to produce what can be referred to as the N-S (North-South) and E-W (East-West) signals that will then be passed to the receiver. In the receiver, the bearing angle can then be computed by taking the arctangent of the ratio of the N-S to E-W signal.

Correlative interferometer

The basic principle of the correlative interferometer consists in comparing the measured phase differences with the phase differences obtained for a DF antenna system of known configuration at a known wave angle (reference data set). The comparison is made for different azimuth values of the reference data set, the bearing is obtained from the data for which the correlation coefficient is at a maximum. If the direction finding antenna elements have a directional antenna pattern, then the amplitude may be included in the comparison.

Usage

Radio navigation

A portable, battery operated GT-302 Accumatic automatic direction finder for marine use

Radio direction finding, radio direction finder, or RDF, was once the primary aviation navigational aid. (Range and Direction Finding was the abbreviation used to describe the predecessor to radar.[2]) Beacons were used to mark "airways" intersections and to define departure and approach procedures. Since the signal transmitted contains no information about bearing or distance, these beacons are referred to as non-directional beacons, or NDB in the aviation world. Starting in the 1950s, these beacons were generally replaced by the VOR system, in which the bearing to the navigational aid is measured from the signal itself; therefore no specialized antenna with moving parts is required. Due to relatively low purchase, maintenance and calibration cost, NDB's are still used to mark locations of smaller aerodromes and important helicopter landing sites. Mal:Further information

Similar beacons located in coastal areas are also used for maritime radio navigation, as almost every ship is (was) equipped with a direction finder (Appleyard 1988). Very few maritime radio navigation beacons remain active today (2008) as ships have abandoned navigation via RDF in favor of GPS navigation.

In the United Kingdom a radio direction finding service is available on 121.5 MHz and 243.0 MHz to aircraft pilots who are in distress or are experiencing difficulties. The service is based on a number of radio DF units located at civil and military airports and certain HM Coastguard stations.[3] These stations can obtain a "fix" of the aircraft and transmit it by radio to the pilot.

Location of illegal, secret or hostile transmitters - SIGINT

Mal:See also

British Post Office RDF lorry from 1927 for finding unlicensed amateur radio transmitters. It was also used to find regenerative receivers which radiated interfering signals due to feedback, a big problem at the time.

In World War II considerable effort was expended on identifying secret transmitters in the United Kingdom (UK) by direction finding. The work was undertaken by the Radio Security Service (RSS also MI8). Initially three U Adcock HF DF stations were set up in 1939 by the General Post Office. With the declaration of war, MI5 and RSS developed this into a larger network. One of the problems with providing coverage of an area the size of the UK was installing sufficient DF stations to cover the entire area to receive skywave signals reflected back from the ionised layers in the upper atmosphere. Even with the expanded network, some areas were not adequately covered and for this reason up to 1700 voluntary interceptors (radio amateurs) were recruited to detect illicit transmissions by ground wave. In addition to the fixed stations, RSS ran a fleet of mobile DF vehicles around the UK. If a transmitter was identified by the fixed DF stations or voluntary interceptors, the mobile units were sent to the area to home in on the source. The mobile units were HF Adcock systems.

By 1941 only a couple of illicit transmitters had been identified in the UK; these were German agents that had been "turned" and were transmitting under MI5 control. Many illicit transmissions had been logged emanating from German agents in occupied and neutral countries in Europe. The traffic became a valuable source of intelligence, so the control of RSS was subsequently passed to MI6 who were responsible for secret intelligence originating from outside the UK. The direction finding and interception operation increased in volume and importance until 1945.

The HF Adcock stations consisted of four 10 m vertical antennas surrounding a small wooden operators hut containing a receiver and a radio-goniometer which was adjusted to obtain the bearing. MF stations were also used which used four guyed 30 m lattice tower antennas. In 1941, RSS began experimenting with spaced loop direction finders, developed by the Marconi company and the UK National Physical Laboratories. These consisted of two parallel loops 1 to 2 m square on the ends of a rotatable 3 to 8 m beam. The angle of the beam was combined with results from a radiogoniometer to provide a bearing. The bearing obtained was considerably sharper than that obtained with the U Adcock system, but there were ambiguities which prevented the installation of 7 proposed S.L DF systems. The operator of an SL system was in a metal underground tank below the antennas. Seven underground tanks were installed, but only two SL systems were installed at Wymondham, Norfolk and Weaverthorp in Yorkshire. Problems were encountered resulting in the remaining five underground tanks being fitted with Adcock systems. The rotating SL antenna was turned by hand which meant successive measurements were a lot slower than turning the dial of a goniometer.

Another experimental spaced loop station was built near Aberdeen in 1942 for the Air Ministry with a semi-underground concrete bunker. This, too, was abandoned because of operating difficulties. By 1944, a mobile version of the spaced loop had been developed and was used by RSS in France following the D-Day invasion of Normandy.

The US military used a shore based version of the spaced loop DF in World War II called "DAB". The loops were placed at the ends of a beam, all of which was located inside a wooden hut with the electronics in a large cabinet with cathode ray tube display at the centre of the beam and everything being supported on a central axis. The beam was rotated manually by the operator.

The Royal Navy introduced a variation on the shore based HF DF stations in 1944 to track U-boats in the North Atlantic. They built groups of five DF stations, so that bearings from individual stations in the group could be combined and a mean taken. Four such groups were built in Britain at Ford End, Essex, Goonhavern, Cornwall, Anstruther and Bowermadden in the Scottish Highlands. Groups were also built in Iceland, Nova Scotia and Jamaica. The anticipated improvements were not realised but later statistical work improved the system and the Goonhavern and Ford End groups continued to be used during the Cold War. The Royal Navy also deployed direction finding equipment on ships tasked to anti-submarine warfare in order to try to locate German submarines, e.g. Captain class frigates were fitted with a medium frequency direction finding antenna (MF/DF) (the antenna was fitted in front of the bridge) and high frequency direction finding (HF/DF, "Huffduff") Type FH 4 antenna (the antenna was fitted on top of the mainmast).[4]

A comprehensive reference on World War II wireless direction finding was written by Roland Keen, who was head of the engineering department of RSS at Hanslope Park. The DF systems mentioned here are described in detail in his 1947 book Wireless Direction Finding.[5]

At the end of World War II a number of RSS DF stations continued to operate into the Cold War under the control of GCHQ the British SIGINT organisation.

Most direction finding effort within the UK now (2009) is directed towards locating unauthorised "pirate" FM broadcast radio transmissions. A network of remotely operated VHF direction finders are used mainly located around the major cities. The transmissions from mobile telephone handsets are also located by a form of direction finding using the comparative signal strength at the surrounding local "cell" receivers. This technique is often offered as evidence in UK criminal prosecutions and, almost certainly, for SIGINT purposes.[6]

Emergency aid

Mal:Main articleThere are many forms of radio transmitters designed to transmit as a beacon in the event of an emergency, which are widely deployed on civil aircraft. Modern emergency beacons transmit a unique identification signal that can aid in finding the exact location of the transmitter.

Avalanche rescue

Avalanche transceivers operate on a standard 457 kHz, and are designed to help locate people and equipment buried by avalanches. Since the power of the beacon is so low the directionality of the radio signal is dominated by small scale field effects[7] and can be quite complicated to locate.

Wildlife tracking

Location of radio-tagged animals by triangulation is a widely applied research technique for studying the movement of animals. The technique was first used in the early 1960s, when the technology used in radio transmitters and batteries made them small enough to attach to wild animals, and is now widely deployed for a variety of wildlife studies. Most tracking of wild animals that have been affixed with radio transmitter equipment is done by a field researcher using a handheld radio direction finding device. When the researcher wants to locate a particular animal, the location of the animal can be triangulated by determining the direction to the transmitter from several locations.

Reconnaissance

Phased arrays and other advanced antenna techniques are utilized to track launches of rocket systems and their resulting trajectories. These systems can be used for defensive purposes and also to gain intelligence on operation of missiles belonging to other nations. These same techniques are used for detection and tracking of conventional aircraft.

Sport

Mal:Main articleEvents hosted by groups and organizations that involve the use of radio direction finding skills to locate transmitters at unknown locations have been popular since the end of World War II.[8] Many of these events were first promoted in order to practice the use of radio direction finding techniques for disaster response and civil defense purposes, or to practice locating the source of radio frequency interference. The most popular form of the sport, worldwide, is known as Amateur Radio Direction Finding or by its international abbreviation ARDF. Another form of the activity, known as "transmitter hunting", "mobile T-hunting" or "fox hunting" takes place in a larger geographic area, such as the metropolitan area of a large city, and most participants travel in motor vehicles while attempting to locate one or more radio transmitters with radio direction finding techniques.

See also

  • Amplitude monopulse
  • MUSIC (algorithm)
  • Cardioid
  • Compass
  • Modern dead drop techniques
  • Electric beacon
  • Geolocation
  • Indoor positioning system
  • Phase interferometry
  • Radio direction finder
  • Radio fix
  • Signals intelligence
  • TDOA
  • Traffic analysis
  • HF/DF
  • Wullenweber
  • AN/FLR-9, a cold war US Air Force HF direction finding system.
  • AN/FRD-10, a cold war US Navy HF direction finding system.

References

Bibliography

Mal:EspionageMal:Intelligence cycle management