Кіріспе

Қабылданған сигнал жіберілген бағытты өлшеу. Бағытты табу (DF) немесе радио бағытты табу (RDF) – радио толқындарын пайдаланып радио көзінің бағытын анықтау. Көз – өзара әрекеттесетін радио хабар таратушы, немесе кездейсоқ, табиғи радио көз, немесе заңсыз немесе жау жүйесі болуы мүмкін. Радио бағытты табу, радиолокациядан тек бағытты анықтаудағы айырмашылығымен ерекшеленеді; радиолокациялық жүйе әдетте қызығушылық тудыратын нысанға дейінгі қашықтықты да, бағытты да көрсетеді. Триангуляция арқылы радио көзінің орналасқан жерін оның бағытын екі немесе одан көп нүктеден өлшеу арқылы анықтауға болады. Радио бағытты табу кемелер мен ұшақтардың радио навигациясында, іздеу-құтқару операцияларында, жануарлардың қозғалысын қадағалауда, сондай-ақ заңсыз немесе кедергі келтіретін хабар таратушыларды анықтауда қолданылады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде екі тарап та радио бағытты табуды қолданып, ұшақтарды, су үсті кемелерін және су асты қайықтарын анықтап, бағыттап отырды. RDF жүйелерін кез келген радио көзімен пайдалануға болады, бірақ өте ұзын толқын ұзындығы (төмен жиіліктер) өте үлкен антенналарды қажет етеді және көбінесе тек құрлықтағы жүйелерде қолданылады. Бұл толқын ұзындығы теңіз радио навигациясында да қолданылады, себебі олар өте ұзақ қашықтықтарға "көрініс горизонтынан" өте алады, бұл кемелер үшін көру қашықтығы бірнеше ондаған шақырым ғана болғанда өте маңызды. Әуеде пайдалану үшін, горизонт жүздеген шақырымға созылатын болғандықтан, жоғары жиіліктерді пайдалануға болады, бұл әлдеқайда кіші антенналарды қолдануға мүмкіндік береді. 20-шы ғасырда көптеген ұшақтарда болған автоматты бағытты табушыны, бағытсыз радио маяктарға немесе коммерциялық AM радио станцияларына қосып баптауға болатын еді, бірақ қазір ол қолданудан шығарылуда. Әскери сала үшін RDF – сигналдық барлаудың маңызды құралы. Жаудың хабар таратушысының орнын анықтау мүмкіндігі Бірінші дүниежүзілік соғыстан бері құнды болып саналады және Екінші дүниежүзілік соғыстың Атлантика шайқасында маңызды рөл атқарды. Есептерге сәйкес, Ұлыбританияның жетілдірілген "хафф-дафф" жүйелері соғыс кезінде батып кеткен барлық U- қайықтарының 24%-на тікелей немесе жанама түрде жауапты болды. Қазіргі заманғы жүйелер көбінесе фазалық антенналар тізімін пайдаланады, бұл өте дәл нәтижелерге қол жеткізу үшін сәулені жылдам қалыптастыруға мүмкіндік береді және электрондық соғыс құралдарының бір бөлігі болып табылады. Алғашқы радио бағытты табушылар сигнал күшін салыстыратын механикалық түрде айналатын антенналарды қолданды, одан кейін осы принциптің бірнеше электрондық нұсқалары пайда болды. Қазіргі заманғы жүйелер фазалық немесе Доплер әдістерін салыстыруды қолданады, оларды автоматтандыру көбінесе оңайырақ. Британдық радарлардың алғашқы үлгілері RDF деп аталды, бұл көбінесе алдау мақсатында жасалған деген пікір бар. Шындығында, Chain Home жүйелері бағытты анықтау үшін үлкен RDF қабылдағыштарын пайдаланды. Кейінгі радар жүйелері әдетте хабар тарату және қабылдау үшін бір ғана антеннаны қолданды және антеннаның бағытынан бағытты анықтады.

Ертедегі механикалық жүйелер

RDF-тегі ең алғашқы тәжірибелер 1888 жылы Генрих Герц антенна ретінде қолданылатын сымның ашық тізбегінің бағытталғандығын ашқанда жүргізілді. Антенна сигналға бағытталғанда максималды күшейтуді, ал тікелей бағытталғанда нөлдік сигналды берді. Бұл сигналдың орналасқан жерінің анықталмауына себеп болды, себебі сигнал антеннаның алдында немесе артында болса да бірдей нәтиже берді. Кейінгі тәжірибелерде дипольдік антенналар да қолданылды, олар кері принцип бойынша жұмыс істеді – тік бұрышта максималды күшейтуге және тікелей бағытталғанда нөлдік сигналға жетті. 20 ғасырдың басында механикалық түрде айналатын тізбек немесе дипольдік антенналарды пайдаланатын RDF жүйелері кең таралды. Мысалы, 1902 жылы Джон Стоун Стоун (АҚШ патені 716134) және 1904 жылы Ли де Форест (АҚШ патені 771819) патент алды, олардың саны көп болды. 1900 жылдардың басында көптеген зерттеушілер осы принципті берушінің орнын анықтау үшін пайдалану жолдарын іздеді. Алғашқы радио жүйелері әдетте орта және ұзын толқынды сигналдарды қолданды. Ұзын толқындар, әсіресе, жермен өзара әрекеттесуі шектеулі болғандықтан, қашықтыққа жақсы сигнал беруге ие болды, соның арқасында тікелей берушіге бағытталған үлкен шеңберлік маршрут бойынша жер толқыны таралуын қамтамасыз етті. 1900 және 1910 жылдары ұзын толқынды сигналдарда RDF жүргізу әдістері зерттеудің маңызды саласы болды. Антенналар әдетте олардың ұзындығы толқын ұзындығының маңызды бөлігін немесе одан да көп құрағанда ғана сигналдарға сезімтал болады. Көптеген антенналар толқын ұзындығының кемінде 1/4 бөлігін құрайды, көбінесе 1/2 – жарты толқынды диполь өте кең таралған конструкция болып табылады. Ұзын толқынды қолдану үшін бұл сигналды жақсарту үшін бірнеше метрлік тізбектік антенналарға, көбінесе бірнеше тізбек бір-бірімен қосылғанға әкелді. Бұл мәселені шешудің тағы бір жолын 1905 жылы Маркони компаниясы әзірледі. Ол ортақ орталық нүктеден сыртқа қарай бағытталған бірнеше көлденең сымдардан немесе таяқтардан тұрды. Қозғалмалы қосқыш осы сымдардың қарама-қарсы жұптарын диполь құру үшін қосып, қосқышты айналдыру арқылы оператор ең күшті сигналды іздей алатын болды. АҚШ Әскери-теңіз күштері бұл мәселені кемелерге антенналарды орнату және шеңберлермен жүзу арқылы шешті. Мұндай жүйелер көптеген жағдайларда қиын және практикалық емес болды.

Беллини Тоси

RDF тұжырымдамасындағы маңызды жақсарту 1909 жылы Этторе Беллини мен Алессандро Тоси жасады (АҚШ патенті 943,960). Олардың жүйесінде екі мұндай антенна, әдетте үшбұрышты контурлар, тік бұрыштарда орналастырылған. Антенналардан келетін сигналдар поп-консерваның көлемімен шамалас ағаш қаңқаға оралған катушкаларға жіберілді, онда сигналдар катушкалар арасында қайта жаңартылды. Осы аймақта орналасқан жеке контурлы антеннаны негізгі антенналарды жылжытпай-ақ бағытты табу үшін қолдануға болады. Бұл RDF-ті одан да тиімді етті, сондықтан ол көп ұзамай кең ауқымды навигация үшін қолданыла бастады, көбінесе әуе навигациясының алғашқы түрі ретінде, мұнда жердегі станциялар ұшақтың радио жабдығына бағытталды. Беллини-Тоси бағыттап табушылары 1920-жылдардан 1950-жылдарға дейін кеңінен таралды. RDF жүйелерінің алғашқы нұсқалары негізінен ұзын толқынды сигналдар үшін пайдалы болды. Бұл сигналдар өте ұзақ қашықтыққа жете алады, бұл оларды ұзақ қашықтыққа навигация үшін пайдалы етті. Дегенмен, осы техника жоғары жиіліктерге қолданылғанда, ионосферадан жоғары жиілікті сигналдардың шағылысуына байланысты күтпеген қиындықтар туындады. RDF станциясы енді екі немесе одан да көп жерден бірдей сигналды қабылдауы мүмкін, әсіресе күндіз, бұл орналасқан жерін анықтауға елеулі қиындықтар тудырды. Бұл 1919 жылы Адкок антеннасының (Ұлыбритания патенті 130,490) енгізілуіне әкелді, ол екі контурдың орнына төрт жеке монополь антеннадан тұрады, осылайша көлденең компоненттерді жойып, ионосферадан шағылысқан аспан толқындарын сүзіп тастады. Адкок антенналары 1920-жылдардан бастап Беллини-Тоси детекторымен кеңінен қолданылды. 1931 жылы АҚШ Әскери Әуе корпусы коммерциялық станцияларды бағытшар ретінде пайдаланған қарапайым радио компасты сынақтан өткізді.

Қалқымалы

RDF техникасының маңызды жетістігін Роберт Уотсон Уатт теңізшілер мен ұшқыштар үшін найзағайдың бағытын анықтау әдісі ретінде шағын соққыларды табу жөніндегі тәжірибелерінің аясында енгізді. Ол бұрыннан бері дәстүрлі RDF жүйелерімен жұмыс істеп келген, бірақ шағын соққылардың жылдам сигналымен жұмыс істеу қиын болды. Ол осы сигналдарды дер кезінде көрсету үшін осциллоскопты пайдалануды ұсынған, бірақ Метеорологиялық кеңседе жұмыс істеген кезде оны таба алмады. Кеңсе көшкен соң, радио зерттеу станциясындағы жаңа орны оған Адкок антеннасымен қатар қолайлы осциллоскопты да қамтамасыз етті, және ол 1926 жылы жаңа жүйесін таныстырды. Жүйе көпшілікке ұсынылғанымен және оның өлшемдері Ұлыбританияда кеңінен жарияланғанына қарамастан, RDF саласына оның әсері күңкірегендей сезіледі. 1930 жылдардың ортасына дейін даму шектеулі болды, содан кейін британдық әскерлер «жоғары жиілікті бағытты табу» немесе «хафф-дафф» жүйелерін кеңінен әзірлеуге және енгізуге кірісті. RDF-тен қашу үшін немістер 30 секундтан кем уақытқа қысқа хабарларды тарату әдісін ойлап тапты, бұл оқытылған Bellini Tosi операторының бағытты анықтауына қажетті 60 секундтан азырақ. Алайда, бұл сигналды секунд ішінде жоғары дәлдікпен анықтайтын хафф-дафф жүйелеріне қарсы тиімсіз болды. Немістер бұл мәселені соғыстың ортасына дейін байқамады және 1944 жылға дейін оны шешу үшін ешқандай маңызды қадамдар жасаған жоқ. Сол кезде хафф-дафф U-денізшілерге қарсы жасалған сәтті шабуылдардың шамамен төрттен біріне көмектесті.

Соғыстан кейінгі жүйелер

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде және одан кейін электроника саласындағы бірнеше жаңалықтар сигналдардың фазасын салыстырудың едәуір жақсарған әдістеріне алып келді. Сонымен қатар, фазалық құлыпталған контур (PLL) сигналдарды оңай реттеуге және олардың жиілігінің өзгермей қалуына мүмкіндік берді. Вакуумдық түтіктердің жақсартуы және транзистордың енгізілуі экономикалық тұрғыдан жоғары жиіліктерді пайдалануға мүмкіндік берді, нәтижесінде VHF және UHF сигналдары кеңінен қолданысқа ие болды. Бұл өзгерістердің барлығы RDF әдістерінің жаңаруына және оның қолданылу аясының кеңеюіне әкелді. Атап айтқанда, сигналдардың фазасын салыстыру мүмкіндігі фазалық салыстыру RDF-тің пайда болуына себеп болды, ол бүгінгі таңда ең көп қолданылатын техника болып табылады. Бұл жүйеде циклдік антенна бір квадрат пішіндес ферриттік өзектің орнына қойылады, оның екі перпендикуляр жағына иілген орамдар орнатылады. Орамдардан келетін сигналдар фазалық салыстыру тізбегіне жіберіледі, оның шығыс фазасы сигналдың бағытын тікелей көрсетеді. Бұл сигналды кез келген дисплейге жіберіп, PLL арқылы құлыптау арқылы хабар таратушыға бағытты үздіксіз көрсетуге болады. Жұмыс тек станцияны реттеуден тұрады және соншалықты автоматты жүзеге асырылады, сондықтан бұл жүйелер әдетте автоматты бағыттаушы деп аталады. Көбірек дәлдік қажет болған жағдайларда басқа да жүйелер әзірленді. Псевдодоплерлік радио бағытты анықтау жүйелері сақина тәрізді орналасқан шағын дипольдік антенналар тізбегін пайдаланады және қабылдағышқа беру үшін дипольдерді жылдам таңдауға арналған электрондық коммутацияны қолданады. Нәтижесінде алынған сигнал өңделіп, дыбыстық сигнал шығарылады. Дыбыстық сигналдың фазасы, антеннаның айналуымен салыстырғанда, сигналдың бағытына байланысты. Доплер RDF жүйелері жылдам өтетін сигналдарды анықтау үшін Huff Duff жүйесін кеңінен ығыстырды.

21 ғасыр

Теңіздегі орналасуын анықтау үшін радиобағытты табудың әртүрлі процедуралары 1999 жылдан бері қолданылып келе жатқан GMDSS теңіз қауіпсіздігі жүйесінің құрамына кірмейді. Қосымша антеннасы бар айқын көлденең антеннаны кейбір ескі кемелердің сигнал мачталарында ғана кездестіруге болады, себебі олар кедергі тудырмайды және оны бөлшектеу өте қымбатқа түсер еді. GPS, DGPS, радар және қазіргі уақытта қолданылмайтын Loran C сияқты қазіргі заманғы орналасу әдістері, қазіргі қажеттіліктерге сай келмейтін, радиобағытты табудың дәлдігі төмен әдістерін қамтиды. Радиобағытты табу желілері де қазір жоқ. Дегенмен, құтқару кемелері, мысалы, Ұлыбританиядағы RNLI құтқару қайықтары және іздеу-құтқару тікұшақтары теңіздік VHF сигналдарына және EPIRB және PLB маяктарына енгізілген 121,5 МГц бағыттау сигналдарын қабылдайтын құрылғылармен жабдықталған. Бірақ, қазіргі заманғы GPS EPIRB және AIS маяктары оларды бірте-бірте қажетсіз ете бастады.

Жабдық

Радио бағыт табушы (RDF) – радио көзінің бағытын немесе азимутын анықтауға арналған құрылғы. Бағытты өлшеу амалы радио бағыт табу немесе кейде жай ғана бағыт табу (DF) деп аталады. Екі немесе одан көп өлшемді әртүрлі орналасқан жерлерден алып, белгісіз хабар таратушының орнын анықтауға болады; керісінше, белгілі хабар таратушылардың екі немесе одан көп өлшемін пайдаланып, көлік құралының орнын анықтауға болады. RDF, әсіресе қайықтар мен ұшақтарда радио навигациялық жүйе ретінде кеңінен қолданылады. RDF жүйелерін кез келген радио көзімен пайдалануға болады, бірақ қабылдағыш антенналардың көлемі сигналдың толқын ұзындығына байланысты болады; өте ұзын толқын ұзындығы (төмен жиіліктер) өте үлкен антенналарды қажет етеді және көбінесе тек құрлықтағы жүйелерде қолданылады. Бұл толқын ұзындығы теңіз навигациясы үшін де өте пайдалы, себебі олар өте ұзақ қашықтыққа және "көріс шегінен" өте алады, бұл кемелер үшін көзге көріну қашықтығы бірнеше ондаған шақырым ғана болғанда маңызды. Ұшақтар үшін, мұнда биіктіктегі көріс шегі жүздеген шақырымға созылуы мүмкін, жоғары жиіліктерді пайдалануға болады, бұл әлдеқайда кіші антенналарды пайдалануға мүмкіндік береді. Автоматты бағыт табушы, көбінесе коммерциялық AM радио хабарларын қабылдауға қабілетті, дерлік барлық қазіргі заманғы ұшақтардың құрамдас бөлігі болып табылады. Әскери сала үшін RDF жүйелері сигналдық барлау жүйелері мен әдістемелерінің маңызды бөлігі болып табылады. Дұшманның хабар таратушысының орнын анықтау мүмкіндігі Бірінші дүниежүзілік соғыстан бері құнды болып келді және ол Екінші дүниежүзілік соғыстағы Атлантика шайқасында маңызды рөл атқарды. Ұлыбританияның жетілдірілген "хафф-дафф" жүйелері соғыс кезінде батып кеткен барлық U- қайықтарының 24%-ына тікелей немесе жанама түрде жауапты болды деп есептеледі. Қазіргі заманғы жүйелер көбінесе фазалық антенналар тізімін пайдаланады, бұл өте дәл нәтижелер алу үшін сәулені жылдам қалыптастыруға мүмкіндік береді. Бұл әдетте кең ауқымды электрондық соғыс жиынтығына біріктіріледі. RDF жүйелерінің бірнеше әртүрлі буындары уақыт өте келе электрондық технологияның жаңа жетістіктеріне байланысты пайдаланылды. Алғашқы жүйелер әртүрлі бағыттардағы сигнал күштерін салыстыратын механикалық түрде айналатын антенналарды пайдаланды, содан кейін осы тұжырымдаманың бірнеше электрондық нұсқалары пайда болды. Қазіргі заманғы жүйелер фазалық немесе допплерлік техникаларды салыстыруды пайдаланады, оларды автоматтандыру көбінесе оңай. Қазіргі заманғы псевдодопплерлік бағыт табушы жүйелер шеңберлі картаға бекітілген көптеген кішкентай антенналардан тұрады, барлық өңдеу бағдарламалық жасақтамамен жүзеге асырылады. Британдық радарлардың алғашқы үлгілері де RDF деп аталды, бұл алдау тактикасы болды. Алайда, терминология дәл емес еді; Chain Home жүйелері мақсаттардың орнын анықтау үшін бөлек жан-жақты таратушылар мен үлкен RDF қабылдағыштарын пайдаланды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін көптеген шағын және ірі фирмалар теңізшілер үшін бағыт табу құралдарын жасады, оның ішінде Apelco, Aqua Guide, Bendix, Gladding (және оның теңіз бөлімшесі Pearce Simpson), Ray Jefferson, Raytheon және Sperry. 1960 жылдары бұл радиолардың көптеген түрлері Panasonic, Fuji Onkyo және Koden Electronics Co., Ltd сияқты жапондық электроника өндірушілері жасады. Ұшақ жабдықтарында Bendix және Sperry Rand RDF радио және навигациялық құралдарын өндірушілердің ең ірілерінің бірі болды.

Бір арналы DF

Бір арналы DF көп антенналық массивті бір арналы радио қабылдағышымен қолданады. Осы DF тәсілінің артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Тек бір қабылдағышты пайдалану арқасында мобильділік және төмен қуат тұтыну сияқты пайдалы қасиеттері бар. Егер бірнеше қабылдағыш қолданылса (бұл N арналы DF деп аталады) әр антеннаны бір уақытта қарау мүмкіндігі болмағандықтан, қабылдағышқа сигналды жеткізу үшін антеннада күрделі операциялар орындалуы керек. Бір арналы DF алгоритмдерінің негізгі екі түрі – амплитуданы салыстыру және фазаны салыстыру. Кейбір алгоритмдер осы екі түрдің аралас нұсқасы болуы мүмкін.

Псевдодопплерлік DF техникасы

Псевдодоплерлік техника – қабылданған сигналдың бағытын анықтауға арналған, сигналға циркулярлық массив элементтерінің айналасында үлгі алу арқылы туындаған доплерлік ығысуды өлшеуге негізделген фазалық DF әдісі. Алғашқы әдіс физикалық түрде шеңбер бойымен қозғалатын бір ғана антеннаны пайдаланса, қазіргі таңдау – әрбір антеннадан кезекпен үлгі алынатын көп антенналы дөңгелек массивті қолдану.

WatsonWatt немесе Adcock антенна массиві

Ватсон-Ватт техникасы кіріс сигналды амплитудалық салыстыру үшін екі антенна жұбын пайдаланады. Көп таралған Уотсон-Ватт әдісінде көлденең жазықтықта екі ортогональды катушкадан (магниттік диполь) тұратын тізбек қолданылады, көбінесе 180° екіұштылықты жою үшін толық бағытты тік поляризацияланған электр диполімен толықтырылады. Адкок антенналық массиві әрбір антеннада алынған сигналдың векторлық айырмасын есептейтін монопольдік немесе дипольдік антенналар жұбын пайдаланады, нәтижесінде әрбір антенна жұбынан бір ғана шығыс алады. Осы жұптардың екеуі бірге орналасқан, бірақ перпендикуляр бағытта орналасқан, бұл қабылдағышқа жіберілетін Солтүстік-Оңтүстік (N–S) және Шығыс-Батыс (E–W) сигналдарын құрайды. Қабылдағышта бағыт бұрышын есептеу үшін Солтүстік-Оңтүстік және Шығыс-Батыс сигналдарының қатынасының арктангенсі алынады.

Коррелятивтік интерферометр

Корреляциялық интерферометрдің негізгі принципі өлшенген фазалық айырмашылықтарды белгілі конфигурациядағы DF антенна жүйесі үшін белгілі толқын бұрышында алынған фазалық айырмашылықтармен салыстырудан тұрады (эталондық деректер жиынтығы). Мұндай салыстыру үшін кемінде үш антенна элементі (барлық бағытта қабылдау қасиеттерімен) бір-біріне жанаспайтын база құруы керек. Салыстыру эталондық деректер жиынтығының әртүрлі азимут және биіктік мәндері бойынша жүзеге асырылады. Бағытты анықтау нәтижесі корреляциялық және стохастикалық бағалау арқылы алынады, онда корреляциялық коэффициент максималды мәнге жетеді. Егер бағытты анықтау антенна элементтері бағытталған антенналық диаграммаға ие болса, амплитуда да салыстыруға қосылуы мүмкін. Әдетте, корреляциялық интерферометрлік DF жүйесі бестен астам антенна элементтерінен тұрады. Олар белгілі бір ауыстыру матрицасы арқылы бірінен кейін бірі сканерленеді. Көп арналы DF жүйесінде n антенна элементтері m қабылдағыш арналармен біріктіріліп, DF жүйесінің өнімділігін арттырады.

Радио навигация

Радио бағытты анықтау, радио бағытты анықтау құрылғысы немесе RDF, бір кезде авиацияның басты навигациялық құралы болды. (Range and Direction Finding – радардың алдындағы нұсқаулық станция. Бұл станциялар ұшақтың орнын анықтап, оны радио арқылы ұшқышқа жібере алады.)

Теңіз және әуе кемелері

Радио хабар таратушылар, әуе және теңіз навигациясы үшін қолданылатындар, маяктар деп аталады және олар маяққа балама болып табылады. Бергіш, ұзақ толқын (150–400 кГц) немесе орта толқын (520–1720 кГц) жиілігінде, станцияны және оның жұмыс жағдайын растау үшін қолданылатын станция идентификаторын қамтитын Морзе кодымен хабар жібереді. Бұл радиосигналдар күндіз барлық бағытта (барлық бағытта) таратылатындықтан, сигналдың өзінде бағыт туралы ақпарат болмайды, сондықтан бұл маяктар бағытталмаған маяктар немесе NDB деп аталады. Көптеген RDF құрылғыларының жиілік қабілетіне сәйкес келетін коммерциялық орта толқынды хабар тарату диапазоны, осы станцияларды және олардың бергіштерін навигациялық белгілеу үшін де пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл коммерциялық радиостанциялар жоғары қуатымен және ірі қалаларға жақын орналасқандықтан пайдалы болуы мүмкін, бірақ станция мен оның бергіші арасындағы қашықтық бірнеше шақырымға жетеді, бұл хабар тарату қаласына жақындағанда белгінің дәлдігін төмендетуі мүмкін. Тағы бір фактор – кейбір AM радиостанциялары күндіз барлық бағытта жұмыс істейді, ал түнінде төмен қуатты, бағытталған сигналға ауысады. RDF бір кезде әуе және теңіз навигациясының басты түрі болды. Маяктар тізбегі әуежайлар арасында "әуе жолдарын" құрады, ал теңіз NDB және коммерциялық AM хабар тарату станциялары жағалауға жақындаған кішкентай кемелерге навигациялық көмек көрсетті. АҚШ-та коммерциялық AM радиостанциялары ұшқыштар мен теңізшілердің навигацияға көмек ретінде пайдалануы үшін сағатына бір рет станция идентификаторын хабарлауға міндетті болды. 1950 жылдары авиациялық NDB жүйесі VOR жүйесімен толықтырылды, онда сигналдың өзінен маяққа бағытты анықтауға болады, осылайша бағытталмаған маяқтардан ерекшеленеді. Солтүстік Америкада теңіз NDB-ның қолданылуы 1970 жылдары LORAN жүйесінің дамуымен ысталды. Бүгінде көптеген NDB жылдам және әлдеқайда дәл GPS навигациялық жүйелерінің пайдасына тоқтатылды. Дегенмен, ADF және RDF жүйелерінің төмен құны, сондай-ақ AM хабар тарату станцияларының (Солтүстік Америкадан тыс елдердегі навигациялық маяқтармен бірге) осы құрылғылардың жұмыс істеуін жалғастыруға мүмкіндік берді, негізінен кішкентай қайықтарда GPS-ке қосымша немесе резервтік ретінде.

Заңсыз, құпия немесе жаушыл хабар таратушы құрылғылардың орналасуы SIGINT

Екінші дүниежүзілік соғыста Ұлыбританиядағы құпия хабар таратушыларды бағыт-бағдар арқылы анықтау үшін елеулі күш жұмсалды. Бұл жұмысты Радио қауіпсіздік қызметі (RSS, сондай-ақ MI8) атқарды. Алғашында 1939 жылы Бас пошта кеңсесі үш U Adcock HF DF станциясын құрды. Соғыс жарияланғанда MI5 және RSS бұны үлкен желіге айналдырды. Ұлыбритания сияқты үлкен аумақты қамтудың бір қиындығы – атмосфераның жоғарғы қабатындағы иондалған қабаттардан кері шағылысқан аспан толқыны сигналдарын қабылдау үшін бүкіл аумақты қамтуға жеткілікті DF станцияларын орнату болды. Тіпті кеңейтілген желіде де кейбір аймақтар жеткілікті қамтылмады, сондықтан жер толқыны арқылы заңсыз хабар таратуды анықтау үшін 1700 ерікті радиоаматорлар жұмысқа алынды. Белгілі бір станциялардан басқа, RSS Ұлыбритания бойынша DF мобильді көліктерінің паркін ұстады. Егер тұрақты DF станциялары немесе еріктілер арқылы хабар таратқыш анықталса, мобильді бөлімдер сол аймаққа жіберіліп, көздерін анықтады. Мобильді құрылғылар HF Adcock жүйелері болды. 1941 жылы Ұлыбританияда бірнеше ғана заңсыз хабар таратқыш анықталды; олар MI5 бақылауында хабар тарататын, «ауысқан» неміс агенттері болды. Көптеген заңсыз хабарлар неміс агенттерінен, Еуропадағы оккупацияланған және бейтарап елдерден жіберілді. Бұл ақпарат құпия қызмет үшін құнды көз болды, сондықтан RSS басқаруы кейіннен MI6-қа берілді, ол Ұлыбританиядан тыс құпия ақпаратқа жауапты болды. Бағытты анықтау және ұстап алу операциясы 1945 жылға дейін көлемі мен маңыздылығы бойынша өсті. HF Adcock станциялары 10 метрлік тік антенналардан тұрады, олар қабылдағыш пен радио-гониометр орналасқан кішкентай ағаш операторлар үйін қоршап тұрды, олар бағытты анықтау үшін реттелді. Сондай-ақ, 30 метрлік торлы мұнара антенналарын пайдаланған MF станциялары да қолданылды. 1941 жылы RSS Marconi компаниясы мен Ұлыбританияның Ұлттық физикалық зертханалары әзірлеген аралық циклдік бағыт табушыларды сынауды бастады. Бұл 1-2 метрлік шаршы пішіндес екі параллель циклден тұрады, олар 3-8 метрлік айналмалы балканың ұштарында орналасқан. Балканың бұрышы радиогониометрдің нәтижелерімен біріктіріліп, бағытты анықтады. Алынған бағыт U Adcock жүйесінен алынған бағыттан әлдеқайда нақты болды, бірақ 7 ұсынылған S. L DF жүйелерін орнатуға кедергі келтіретін түсініксіздіктер болды. SL жүйесінің операторы антенналардың астындағы металл резервуарда отырды. Жеті жер асты резервуары орнатылды, бірақ тек екі SL жүйесі орнатылды: Норфолк, Уаймондхэм және Йоркшир, Уиверторп. Қалған бес жер асты резервуары Adcock жүйелерімен жабдықталды. Айналмалы SL антенна қолмен айналдырылды, сондықтан тізбектей өлшеулер гониометрдің дискісін бұрудан әлдеқайда баяу болды. 1942 жылы Абердиннің жанында Әуе министрлігі үшін жартылай жер асты бетон бункері бар тағы бір эксперименталды аралық цикл станциясы салынды. Бұл да жұмыс істеу қиындықтарына байланысты тоқтатылды. 1944 жылы аралық циклдің мобильді нұсқасы жасалды және RSS Нормандияға D күні шабуылдан кейін Францияда қолданды. АҚШ әскері екінші дүниежүзілік соғыста "DAB" деп аталған аралық циклдік DF-тің жағалаудағы нұсқасын қолданды. Циклдер балканың ұштарында орналастырылды, олардың барлығы электроникасы үлкен шкафта, катодтық сәулелі түтік дисплейі балканың ортасында орналасқан ағаш шатырдың ішінде орналасқан, ал барлығы орталық осьте тірелген. Оператор балканы қолмен айналдырды. Корольдік теңіз күштері 1944 жылы Солтүстік Атлантикада U- қайықтарын бақылау үшін жағалаудағы HF DF станцияларының түрін енгізді. Олар бес DF станциясынан тұратын топтар құрды, сонда топтағы жеке станциялардың бағыттары біріктіріліп, орташа есеп алынды. Мұндай төрт топ Ұлыбританияда құрылды: Форд-Энд, Эссекс, Гунхаверн, Корнуолл, Анструтер және Шотландияның Бауэрмадден таулы аймақтары. Сондай-ақ Исландия, Жаңа Шотландия және Ямайкада топтар құрылды. Күтілген жақсартулар орындалмады, бірақ кейінірек статистикалық жұмыс жүйені жақсартты және Гунхаверн мен Форд-Энд топтары суық соғыс кезінде қолданыла берді. Корольдік теңіз күштері неміс суасты қайықтарын табу үшін су астына қарсы соғысқа арналған кемелерге бағыт табу жабдығын да орналастырды, мысалы, Капитан класындағы фрегаттар орта жиілікті бағыт табу антеннасымен (MF/DF) (антенна көпірдің алдында орнатылды) және жоғары жиілікті бағыт табу антеннасымен (HF/DF, "Huffduff") FH 4 типті (антенна негізгі масттың үстіне орнатылды) жабдықталды. Екінші дүниежүзілік соғыста сымсыз бағыт табуға арналған толық анықтаманы RSS инженерлік бөлімінің басшысы Роланд Кин жазды. Оның 1947 жылғы «Wireless Direction Finding» кітабында мұнда айтылған DF жүйелері туралы егжей-тегжейлі сипаттама берілген. Екінші дүниежүзілік соғыстың соңында RSS DF станцияларының бірқатары суық соғыс кезеңінде GCHQ британдық SIGINT ұйымының бақылауында жұмыс істеуін жалғастырды. Қазіргі уақытта (2009) Ұлыбританиядағы бағыт табу жұмысының көп бөлігі рұқсатсыз «пираттық» FM радио хабарларын табуға бағытталған. Басқару пультімен басқарылатын VHF бағыт табушылар желісі, негізінен ірі қалалардың маңында орналасқан. Ұялы телефондардан берілетін хабарлар да айналадағы жергілікті «ұя» қабылдағыштарындағы сигнал күшінің салыстыру арқылы бағыт табудың бір түрі арқылы анықталады. Бұл техника көбінесе Ұлыбританиядағы қылмыстық істерде дәлел ретінде ұсынылады және, әлбетте, SIGINT мақсатында қолданылады.

Жедел көмек

Авариялық жағдайды көрсететін құтқару маяктары азаматтық ұшақтар мен кемелерде кеңінен қолданылады. Бұрын апаттық орынды анықтаушы құрылғылар тек дыбыстық сигнал жіберіп, іздеу ұшақтарының сигнал көзін табуына тәуелді болған. Қазіргі заманғы авариялық маяктар GPS деректерін қоса, бірегей идентификациялық сигнал береді, бұл құрылғының нақты орнын анықтауға көмектеседі. Көшкін іздеу құрылғылары стандартты 457 кГц жиілігінде жұмыс істейді және көшкін астында қалған адамдар мен жабдықтарды табуға арналған. Маяк қуаты өте төмен болғандықтан, радиосигналдың бағыты жергілікті өріс әсерлерімен анықталады, сондықтан оны табу өте қиын болуы мүмкін.

Жабайы жануарларды бақылау

Радиобелгіленген жануарларды триангуляция арқылы орналасқан жерін анықтау – жануарлардың қозғалысын зерттеу үшін кеңінен қолданылатын әдіс. Бұл техника алғаш рет 1960 жылдардың басында, радио хабар таратушылар мен батареялар жабайы жануарларға бекітуге жеткілікті кішкентай болған кезде пайдаланылды және қазір түрлі жабайы жануарларды зерттеуде кеңінен қолданылады. Радио хабар таратушы жабдығы орнатылған жабайы жануарларды көбінесе дала зерттеушісі қолмен ұсталатын радио бағытты анықтау құрылғысы арқылы іздейді. Зерттеуші нақты бір жануарды табуды қаласа, жануардың орналасқан жерін бірнеше нүктеден хабар таратушыға бағытты анықтау арқылы триангуляциялауға болады.

Барлау

Фазалық массивтер және басқа да жетілдірілген антенна техникалары ракеталық жүйелердің ұшырылуын және олардың пайда болатын траекторияларын қадағалау үшін пайдаланылады. Бұл жүйелер қорғаныс мақсатында қолданыла алады, сондай-ақ басқа елдерге тиесілі зымырандардың жұмыс істеуі туралы мәлімет алуға мүмкіндік береді. Осы техникалар сонымен қатар дәстүрлі ұшақтарды анықтау және қадағалау үшін де қолданылады.

Астрономия

Жердегі қабылдағыштар алыс жұлдыздардан немесе иондалған газ аймақтарынан таралатын радиосигналдарды анықтай алады. Радиотелескоптардағы қабылдағыштар мұндай табиғи радио көздерінің бағытын анықтап, кейде олардың орналасқан жерін оптикалық телескоптармен көрінетін объектілермен сәйкестендіреді. Екі радиотелескоптың Жер бетіндегі әртүрлі жерлерде немесе Жердің Күн төңірегіндегі орбитасындағы әртүрлі уақыттарда радио импульстардың келу уақытын дәл өлшеуі, радио объектісіне дейінгі қашықтықты есептеуге мүмкіндік береді.

Микротолқынды жиіліктерде бағытты анықтау

Микротолқынды жиіліктердегі DF техникалары 1940 жылдары осы жоғары жиіліктерде жұмыс істейтін хабар тарату станцияларының санының артуына байланысты әзірленді. Бұл DF жүйелері үшін жаңа антенналар мен қабылдағыштарды жобалауды талап етті. Әскери-теңіз жүйелерінде DF мүмкіндігі электрондық қолдау шаралары (ESM) жиынтығының құрамына кірді, мұнда алынған бағыттық ақпарат басқа сигналдарды анықтау процестерін күшейтеді. Ұшақтарда DF жүйесі радарлық ескерту қабылдағышына (RWR) қосымша ақпарат ұсынады. Уақыт өте келе, кейбір операторлар қолданатын, мысалы, ұстау ықтималдығы төмен радарлар және жасырын деректер байланысы сияқты, қашу тактикасына қарсы тұру үшін микротолқынды DF жүйелерінің өнімділігін жақсарту қажет болды.

Микротолқынды толқынды құрылғылардың қысқаша тарихы

Ғасырдың басында вакуумдық түтіктер (термиондық клапандар) таратушылар мен қабылдағыштарда кеңінен қолданылды, бірақ олардың жоғары жиілікті өнімділігі транзит уақытының әсерімен шектелді. Жекеленген жетек ұзындығын қысқартуға бағытталған арнайы технологиялар қолданылғанмен, мысалы, EF50-де қолданылатын рамалық тор конструкциясы және жазық конструкциялар да оған толыққанды шешім бермеді. Сонымен қатар, антенналар кішкентай болғандықтан, оларды ықшам массивтерге жинауға болады, және олар радиолокациялық және деректерді жіберу жүйелерінде қажетті жоғары күшейтумен нақты бағытталған сәулелерді құруға мүмкіндік беретін анық сәуле үлгілерін жасауға да қабілетті. Жаңа қолжетімді микротолқынды жолақтың тағы бір артықшылығы – қысқа толқынды радио (SW) жолағында жиі кездесетін сигналдың әлсіреуінің болмауы және бұрын қолданылып келген RF жолақтарымен салыстырғанда сигнал спектрінің айтарлықтай кеңеюі болды. Көптеген сигналдарды қабылдау мүмкіндігінен өзге, енді кең спектрлі тарату және жиілік секіру техникаларын қолдану да мүмкін болды. Микротолқынды технология қалыптасқаннан кейін, әскери және коммерциялық қолданушылардың қатары тез өсті.

DF үшін антенналар

DF үшін антенналар радар немесе байланыс желісі үшін қойылатын талаптардан өзгеше талаптарға жауап беруі керек, онда тар сәулелі және жоғары күші бар антенна көбінесе артықшылық болып табылады. Дегенмен, бағытты анықтау кезінде сигнал көзінің бағыты белгісіз болуы мүмкін, сондықтан кең сәуле кеңдігі бар антенналар көбінесе таңдалады, тіпті олардың антеннаның бағыттық күші төмен болса да. Сонымен қатар, антенналар жиіліктердің кең диапазонын қамтуы тиіс. Суретте көлденең жазықтықтағы әдеттегі антенна күшінің нормаланған полярлық диаграммасы көрсетілген. Басты сәуленің жарты қуат кеңдігі 2 × Ψ0-қа тең. Бағытты анықтау үшін амплитудалық салыстыру әдістерін қолданғанда, басты лоб Гаусс сипатына жақын болуы керек. Суретте жанама лобтардың бар екендігі көрсетілгенімен, олар DF массивінде антенналар қолданылғанда маңызды мәселе емес. Әдетте, антеннаның бағыттық күші сәуле кеңдігімен байланысты. Тікбұрышты мүйіз үшін Күш ≈ 30000/BWh, мұнда BWh және BWv – көлденең және тік антенна сәуле кеңдігі, тиісінше, градустармен өлшенген. BWc сәуле кеңдігі бар дөңгелек апертура үшін Күш ≈ 30000/BWc2. DF үшін танымал екі антенна түрі – қуыспен бекітілген спиральді және мүйізді антенналар. Спиральді антенналар өте кең жолақты қамтамасыз ете алады және олардың номиналды жарты қуат кеңдігі шамамен 70 градусқа жетеді, бұл оларды 4, 5 немесе 6 антеннадан тұратын антенна массиві үшін өте қолайлы етеді.

Алғашқы қабылдаушылар

Ертедегі микротолқынды қабылдағыштар көбінесе қарапайым "кристаллдық бейне" қабылдағыштары болды, олар динамикалық ауқымды кеңейту үшін қысылу сипаты бар бейне күшейткіштен кейін кристалл детекторларын пайдаланды. Мұндай қабылдағыштар кең жолақты болғанмен, өте сезімтал емес еді. Алайда, DF қабылдағышының "қашықтық артықшылығы" болғандықтан (төменде қараңыз), сезімталдықтың бұл жетіспеушілігіне көңіл бөлмеуге болады.

Клайстрон және ТВТ преамплиферлері

Клайстрон мен TWT сызықтық құрылғылар болып табылады, сондықтан, теориялық тұрғыдан қабылдағыштардың алдын ала күшейткіштері ретінде қолданылуы мүмкін. Дегенмен, клайстрон мүлдем қолайсыз болды, себебі ол тар жолақты құрылғы және өте шулы.

Транзисторлы алдын ала күшейткіштер

Микротолқынды жиіліктерге жарамды транзисторлар 1950 жылдардың соңына қарай қолжетімді болды. Олардың алғашқысы металл-оксидті жартылай өткізгіштік өрістік эффект транзисторы (MOSFET) болды. Басқалары да пайда болды, мысалы, металл-жартылай өткізгіштік өрістік эффект транзисторы және жоғары электронды жылдамдықты транзистор (HEMT). Алғашқыда дискретті транзисторлар стриптік немесе микростриптік тізбектерге орналастырылды, бірақ одан кейін микротолқынды интегралдық тізбектер енгізілді. Осы жаңа құрылғылардың арқасында төмен шу деңгейлі қабылдағыштардың алдын ала күшейткіштері пайда болды, бұл DF жүйелерінің сезімталдығын және осымен детекциялау ауқымын едәуір арттырды.

Амплитудалық салыстыру арқылы DF

Амплитудалық салыстыру DF әдісі ретінде кеңінен қолданылып келді, себебі мұндай жүйелерді құру салыстырмалы түрде оңай, олардың сезімталдығы жоғары және ең бастысы, сигналды анықтау мүмкіндігі зор. Фазалық салыстыру әдістерімен DF жасау, осы әдісті пайдалану арқылы, бағытты анықтауда жоғары дәлдік бере алады.

Екі арналы DF

Екі арналы DF, дөңгелек массивтің екі іргелес антеннасын пайдалана отырып, ең үлкен сигналдың қуатын екінші үлкен сигналдың қуатымен салыстыру арқылы жүзеге асырылады. Φ бұрышымен сипатталған доғадағы кіріс сигналының бағытын, алынған сигналдардың салыстырмалы қуатын салыстыру арқылы анықтауға болады. Егер сигнал бір антеннаның бағытында болса, екінші антеннадағы сигнал шамамен 12 дБ төмен болады. Сигнал бағыты екі антеннаның арасында болған кезде, сигнал деңгейлері тең болады және бағыттық деңгейден шамамен 3 дБ төмен болады. Басқа бағыт бұрыштарында φ, сигнал деңгейлерінің аралық қатынасы бағытты көрсетеді. Антеннаның негізгі сәулесінің пішіні Гаусс сипатына ие болса және сигнал қуаттары логарифмдік түрде берілсе (мысалы, децибел (дБ) бағыттық деңгейге қатысты), онда φ бағыт бұрышы мен қуат деңгейінің айырмашылығы арасында сызықтық байланыс бар, яғни φ ∝ (P1(дБ) – P2(дБ)), мұнда P1(дБ) және P2(дБ) – екі іргелес арнаның шығыстары. Суретте типік график көрсетілген. 360° қамту үшін, дөңгелек массивтің антенналары әр антеннада алынған сигнал деңгейіне сәйкес жұптарға бөлінеді. Егер массивте N антенна болса, бұрыштық аралық (сквинд бұрышы) Φ, онда Φ = 2π/N радиан (= 360/N градус).

6 антенналы әдеттегі DF жүйесі

Суретте мүмкін DF жүйесінің схемасы көрсетілген. Антенналар қабылдаған сигналдар, детекторлық журналды бейне күшейткіштерімен (DLVA) анықталудан бұрын, төмен қысқа қалдырмалы күшейткіштермен күшейтіледі. DLVA-лардан алынған сигнал деңгейлері келіп түсу бұрышын анықтау үшін салыстырылады. DLVA-лар ұсынғандай, сигнал деңгейлерін логарифмдік масштабта қарастыру арқылы үлкен динамикалық диапазонға қол жеткізіледі, сондай-ақ антенна диаграммаларының басты лобтары Гаусс сипатына ие болғанда бағыт табу есептеулері жеңілдетіледі, бұрын көрсетілгендей. DF талдауының қажетті бөлігі – ең үлкен сигналды қамтитын арнаны анықтау, және бұл жылдам салыстырғыш тізбегі арқылы жүзеге асырылады. DF процесінен басқа, сигналдың импульстің ұзақтығы, жиілігі, импульстің қайталану жиілігі (PRF) және модуляция сипаттамалары сияқты басқа қасиеттері де зерттелуі мүмкін. Салыстыру операциясы әдетте гистерезисті қамтиды, кіріс сигналының бағыты екі жақын арнада ұқсас амплитудалы сигналдар болған жағдайда таңдау процесіндегі ауытқуларды болдырмау үшін. Көбінесе кең жолақты күшейткіштер жергілікті жоғары қуат көздерінен (мысалы, кемеде) кіріс шектегіштерімен және/немесе сүзгілермен қорғалады. Сол сияқты күшейткіштерде белгілі, бірақ қажетсіз сигналдарды жою үшін ойық сүзгілер болуы мүмкін, бұл жүйенің әлсіз сигналдарды өңдеу мүмкіндігіне кедерес келтіруі мүмкін. Осы мәселелердің кейбіреулері RF тізбегінде қарастырылған.