Радиосигналдарды анықтау жабдығы және технологиясы

Кіріспе

Радио көздерін табуға арналған электрондық жабдықтар

Жоғары жиілікті бағытты табу, әдетте HF/DF аббревиатурасымен немесе "huff duff" деген лақап атымен белгілі, Екінші дүниежүзілік соғыста пайда болған радио бағытты табудың (RDF) бір түрі. Жоғары жиілік (ЖЖ) – ұзақ қашықтықтарға тиімді байланыс жасауға мүмкіндік беретін радио жиіліктерінің диапазоны; мысалы, U- қайықтары мен құрлықтағы штаб-пәтерлері арасында. HF/DF жүйесі негізінен жау радиоларын олар хабар тарататын кезде анықтау үшін қолданылды, бірақ сонымен қатар достық ұшақтарды навигациялық құрал ретінде табуға да пайдаланылды. Бұл негізгі техника қазір де сигналдық барлаудың маңызды бөлігі болып табылады, бірақ көбінесе жеке жүйе ретінде емес, радио жүйелері мен радарлардың кең ауқымына біріктіріледі. Алдыңғы RDF жүйелерінде оператор антеннаны немесе соленоидты қолмен бұрып, сигналдың ең жоғары және ең төмен нүктелерін анықтап, хабар таратушының бағытын анықтар еді. Бұл бір минуттан астам уақыт алатын. HF/DF жүйелерінде антенналар жиынтығы сигналды сәл әртүрлі жерлерде немесе бұрыштарда қабылдайды, содан кейін сигналдардағы шамалы айырмашылықтарды пайдаланып, осциллограф экранында бағытты дерлік бірден көрсетеді, бұл U- қайықтары флоты сияқты жылдам сигналдарды ұстауға мүмкіндік береді. Бұл жүйені алғаш рет 1926 жылы Роберт Уотсон Уатт найзағайдың орнын анықтау үшін әзірлеген. Оның барлаудағы рөлі 1930 жылдардың соңына дейін толыққан жоқ. Соғыстың басында HF/DF бөлімшелеріне сұраныс өте жоғары болды және оларды бөлуде қызметтер арасында күшті бәсекелестік болды. Оның алғашқы қолданылуы RAF Fighter Command-тің Dowding басқару жүйесінің бөлігі ретінде болды, ал құрлықтағы бөлімшелер де теңіз күштеріне U- қайықтарын анықтау үшін ақпарат жинауда кеңінен қолданылды. 1942 және 1944 жылдар арасында кішігірім бөлімшелер кеңінен қолжетімді болды және Корольдік теңіз күштерінің кемелерінде жиі кездесетін болды. Бағалау бойынша, соғыс кезінде батып кеткен U- қайықтарының 24%-ын HF/DF анықтауға көмектескен. Бұл концепция басқа да атаулармен белгілі, мысалы, катодтық сәулелі бағытты табу (CRDF), Twin Path DF және ойлап тапқысының құрметіне Watson Watt DF немесе антенна ескерілгенде Adcock/Watson Watt.

High frequency direction finding, usually known by its abbreviation HF/DF or nickname huff duff, is a type of radio direction finder (RDF) introduced in World War II. High frequency (HF) refers to a radio band that can effectively communicate over long distances; for example, between U boats and their land based headquarters. HF/DF was primarily used to catch enemy radios while they transmitted, although it was also used to locate friendly aircraft as a navigation aid. The basic technique remains in use as one of the fundamental disciplines of signals intelligence, although typically incorporated into a larger suite of radio systems and radars instead of being a stand alone system. In earlier RDF systems, the operator mechanically rotated an antenna or solenoid and listened for peaks or nulls in the signal to determine the bearing to the transmitter. This took considerable time, on the order of a minute or more. In HF/DF systems, a set of antennas received the signal in slightly different locations or angles, and then used the slight differences in the signal to display the bearing on an oscilloscope display essentially instantaneously, allowing it to catch fleeting signals, such as from the U boat fleet. The system was initially developed by Robert Watson Watt starting in 1926, as a system for locating lightning. Its role in intelligence was not developed until the late 1930s. In the early war period, HF/DF units were in very high demand, and there was considerable inter service rivalry involved in their distribution. An early use was by the RAF Fighter Command as part of the Dowding system of interception control, while ground based units were also widely used to collect information for the Admiralty to locate U boats. Between 1942 and 1944, smaller units became widely available and were common fixtures on Royal Navy ships. It is estimated HF/DF contributed to 24% of all U boats sunk during the war. The basic concept is also known by several alternate names, including Cathode Ray Direction Finding (CRDF), Twin Path DF, and for its inventor, Watson Watt DF or Adcock/Watson Watt when the antenna is considered.

HF/DF алдында

Радиобағытты табу Бірінші дүниежүзілік соғыстан бұрын да кеңінен қолданылатын техника болды, ол теңіз және әуе навигациясында пайдаланылды. Негізгі принцип – циклдық антеннаны қолдану, ең қарапайым түрінде сымның дөңгелек циклы, оның ұзындығы анықталатын сигналдардың жиілік диапазонына байланысты. Егер цикл сигналға тік бұрышпен орналасса, циклдің екі жартысындағы сигнал бір-бірін жояды, нәтижесінде "нөлдік" деп аталатын шығыстың күрт төмендеуі пайда болады. Алғашқы бағыт табу жүйелері механикалық түрде айналатын циклдық антеннаны қолданды. Оператор белгілі радиостанцияны қосып, антеннаны сигнал жоғалып кеткенше айналдырады. Бұл антеннаның қазір хабар берушіге тік бұрышта орналасқанын білдіреді, бірақ ол антеннаның екі жағында да болуы мүмкін. Бірнеше мұндай өлшемдер жасау арқылы немесе басқа навигациялық ақпаратты пайдаланып, екі мәнді бағыттың біреуін жою арқылы хабар берушіге дейінгі бағытты анықтауға болады. 1907 жылы Этторе Беллини мен Алессандро Тоси DF жүйесін жеңілдететін жаңалық енгізді. Бір циклдық антенна екі антеннамен ауыстырылды, олар тік бұрышпен орналастырылды. Әрқайсысының шығысы өз циклдық сымына немесе жүйеде "салалық катушка" деп аталатын нәрсеге жіберілді. Әр антенна үшін бір-біріне тік бұрышта орналасқан екі катушка. Екі антеннадан келетін сигналдар катушкалар арасындағы кеңістікте магниттік өріс тудырды, ол "іздеу катушкасы" деп аталатын айналатын соленоидпен ұсталды. Іздеу катушкасы магниттік өріске сәйкес келгенде максималды сигнал пайда болды, бұл сигнал антенналарға қатысты болды. Бұл антенналарды қозғалу қажеттігін жойды. Bellini–Tosi бағыт табуышы (BT) кемелерде кеңінен қолданылды, бірақ айналатын циклдар әдетте кішкентай болғандықтан ұшақтарда да қолданылды. Бұл құрылғылардың барлығын іске қосуға уақыт кетті. Әдетте радио операторы DF антеннасын немесе жеке бағытталмаған антеннаны қолдана отырып, стандартты радио тюнерлерді қолданып, ізделіп отырған сигналды табады. Сигнал табылғаннан кейін оператор антенналарды немесе гониометрді сигналдағы ең жоғары немесе ең төменгі нүктені табу үшін айналдырады. Бақылауды жылдам айналдыру арқылы шамамен орнын табуға болса да, дәлірек өлшеу үшін оператор кішкентай қозғалыстармен "іздеуге" тиіс болды. Морзе коды сияқты үзіліс-үзіліс сигналдармен немесе қабылдау шегіндегі сигналдармен жұмыс істеу қиын болды. Бір минутқа жуық уақыт белгіленді. БТ жүйесін автоматтандыру бойынша жұмыстар Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін, әсіресе АҚШ-тың ITT корпорациясының француз бөлімінде жұмыс істейтін француз инженерлері Морис Делоран мен Анри Бусиньелер жүргізді. Олардың жүйесі іздеу катушкасын және синхронды түрде айналатын дөңгелек дисплейлік картаны қозғалтқыштық етті. Дисплейлік картадағы шам гониометрдің шығысына байланысты болды және дұрыс бағытта болғанда жанды. Шамамен 120 айналым/мин жылдамдықпен айналғанда, шамдардың жарқырауы бірігіп, бағытты көрсететін жалғыз (қимылдап жүрген) нүктеге айналды. Команда француз кеңсесіндегі барлық жұмыстарын жойып, Германия шабуыл жасағанға дейін 1940 жылы Франциядан кетіп, АҚШ-та дамуды жалғастырды.

Radio direction finding was a widely used technique even before World War I, used for both naval and aerial navigation. The basic concept used a loop antenna, in its most basic form simply a circular loop of wire with a circumference decided by the frequency range of the signals to be detected. When the loop is aligned at right angles to the signal, the signal in the two halves of the loop cancels out, producing a sudden drop in output known as a "null". Early DF systems used a loop antenna that could be mechanically rotated. The operator would tune in a known radio station and then rotate the antenna until the signal disappeared. This meant that the antenna was now at right angles to the broadcaster, although it could be on either side of the antenna. By taking several such measurements, or using some other form of navigational information to eliminate one of the ambiguous directions, the bearing to the broadcaster could be determined. In 1907 an improvement was introduced by Ettore Bellini and Alessandro Tosi that greatly simplified the DF system in some setups. The single loop antenna was replaced by two antennas, arranged at right angles. The output of each was sent to its own looped wire, or as they are referred to in this system, a "field coil". Two such coils, one for each antenna, are arranged close together at right angles. The signals from the two antennas generated a magnetic field in the space between the coils, which was picked up by a rotating solenoid, the "search coil". The maximum signal was generated when the search coil was aligned with the magnetic field from the field coils, which was at the angle of the signal in relation to the antennas. This eliminated any need for the antennas to move. The Bellini–Tosi direction finder (B T) was widely used on ships, although rotating loops remained in use on aircraft as they were normally smaller. All of these devices took time to operate. Normally the radio operator would first use conventional radio tuners to find the signal in question, either using the DF antenna(s) or on a separate non directional antenna. Once tuned, the operator rotated the antennas or goniometer looking for peaks or nulls in the signal. Although the rough location could be found by spinning the control rapidly, for more accurate measurements the operator had to "hunt" with increasingly small movements. With periodic signals like Morse code, or signals on the fringe of reception, this was a difficult process. Fix times on the order of one minute were commonly quoted. Some work on automating the B T system was carried out just prior to the opening of World War II, especially by French engineers Maurice Deloraine and Henri Busignies, working in the French division of the US's ITT Corporation. Their system motorized the search coil as well as a circular display card, which rotated in sync. A lamp on the display card was tied to the output of the goniometer, and flashed whenever it was in the right direction. When spinning quickly, about 120 RPM, the flashes merged into a single (wandering) dot that indicated the direction. The team destroyed all of their work in the French office and left France in 1940, just before Germany invaded, and continued the development in the US.

Уотсон-Ватт

Жарық радиосигналдар шығаратыны бұрыннан мәлім еді. Сигнал көптеген жиіліктерде таралады, бірақ әсіресе ұзақ толқындық спектрде күшті болды, ол теңіз байланысы үшін негізгі радиожиіліктердің бірі еді. Роберт Уотсон Уотт радиосигналдарды өлшеу арқылы найзағайды қадағалауға және ұшқыштар мен кемелерге қашықтан ескерту беруге болатынын көрсетті. Ол кейбір тәжірибелерде Африкадағы найзағайды анықтауға қол жеткізді. Дегенмен, найзағайдың соққысы тым қысқа уақытқа созылғандықтан, циклдық антенналарды пайдаланатын дәстүрлі RDF жүйелері олар жоғалып кеткенше бағытын анықтай алмады. Бірақ оны сынауға мүмкіндік болмады. Уотт Aldershot қаласындағы RAF метеорологиялық кеңсесінде жұмыс істеді, бірақ 1924 жылы олар осы орны RAF-қа қайтаруға шешім қабылдады. 1924 жылдың шілдесінде Уотт Слау қаласына жақын Дитон Парктегі жаңа орынға көшті. Бұл орында Ұлттық физикалық зертхананың (NPL) радио бөлімінің зерттеу орталығы орналасқан еді. Уотт атмосфералық бөлімде жұмыс істеп, атмосфера арқылы радиосигналдардың таралуын зерттеді, ал NPL даладағы сигнал күшін өлшеу және бағытты анықтау бойынша зерттеулер жүргізді. NPL-де осы зерттеулерде қолданылған екі құрылғы – Adcock антеннасы және заманауи осциллоскоп – "хаф-даф" жүйесін дамыту үшін маңызды болып табылды. Adcock антеннасы – тік бұрышта орналасқан екі виртуалды циклдық антенна ретінде жұмыс істейтін төрт монопольді мачтадан тұрады. Екі виртуалды циклдан алынған сигналдарды салыстыру арқылы, сигналдың бағытын қолданыстағы RDF әдістерін пайдаланып анықтауға болады. Зерттеушілер антеннаны 1919 жылы орнатқан, бірақ оны кішірек үлгілерге назар аударып, ұзақ уақыт пайдаланбаған. Бұл үлгілер Слау аймағының электрлік ерекшеліктеріне байланысты өте нашар жұмыс істеді, бұл сигналдың тура сызықта немесе аспаннан келіп тұрғанын анықтауды қиындатты. Смит Роуз және Барфилд назарын Адкок антеннасына қайта бұрды, ол көлденең компоненті жоқ болғандықтан "аспан толқындарын" сүзгіден өткізбеді. Олар бірнеше тәжірибелер жүргізіп, елдегі хабар тарату станцияларының орналасқан жерін дәл анықтауға қол жеткізді. Уатттың жеке найзағайдың орнын анықтауға деген қалауы негізгі "хаф-даф" жүйесінің маңызды жетістіктеріне әкелді. Зертханаға жақында Bell Labs-тен WE 224 осциллоскопы жеткізілді, ол оңай қосылатын және тұрақты фосфорға ие болды. 1926 жылы Джок Хердпен бірге Уотт антеннаның екі қолына күшейткіштер қосып, сигналдарды осциллоскоптың X және Y каналдарына жіберді. Күтілгендей, радиосигнал экранда соққының бағытын көрсететін бейне жасады, ал фосфордың баяу ыдырауы операторға оны жоғалғанша өлшеуге жеткілікті уақыт берді. Уотт пен Херд 1926 жылы жүйе туралы кең мақала жазып, оны "Тез оқылатын радиогониометр" деп атады және оның 0,001 секундқа созылатын сигналдардың бағытын анықтауға қолданылатынын мәлімдеді. Мақалада құрылғы туралы толық мәлімет берілген және оны радио бағытын анықтау және навигацияны жақсарту үшін қалай пайдалануға болатыны түсіндірілген. Бұл жария демонстрацияға және оны найзағайдың орнын анықтау үшін қолданған фильмдерге қарамастан, бұл идея Ұлыбританиядан тыс жерлерде белгілі болған жоқ. Бұл оны құпия түрде практикалық формаға жеткізуге мүмкіндік берді.

It had long been known that lightning emits radio signals. The signal is spread across many frequencies but is particularly strong in the longwave spectrum, which was one of the primary radio frequencies for long range naval communications. Robert Watson Watt had demonstrated that measurements of these radio signals could be used to track thunderstorms and provide useful long range warning for pilots and ships. In some experiments he was able to detect thunderstorms over Africa, away. However, the lightning strikes lasted such a short time that traditional RDF systems using loop antennas could not determine the bearing before they vanished. but did not have the ability to test this. Watt worked at the RAF's Met Office in Aldershot, but in 1924 they decided to return the location to use for the RAF. In July 1924 Watt moved to a new site at Ditton Park near Slough. This site already hosted the National Physical Laboratory (NPL) Radio Section research site. Watt was involved in the Atmospherics branch, making basic studies in the propagation of radio signals through the atmosphere, while the NPL were involved in field strength measurements in the field and direction finding investigations. NPL had two devices used in these studies that would prove critical to the development of huff duff, an Adcock antenna and a modern oscilloscope. The Adcock antenna is an arrangement of four monopole masts that act as two virtual loop antennas arranged at right angles. By comparing the signals received on the two virtual loops, the direction to the signal can be determined using existing RDF techniques. Researchers had set up the antenna in 1919 but had been neglecting it in favour of smaller designs. These were found to have very poor performance due to the electrical characteristics of the Slough area, which made it difficult to determine if a signal was being received on a straight line or down from the sky. Smith Rose and Barfield turned their attention back to the Adcock antenna, which had no horizontal component and thus filtered out the "skywaves". In a series of follow up experiments they were able to accurately determine the location of transmitters around the country. It was Watt's continuing desire to capture the location of individual lightning strikes that led to the final major developments in the basic huff duff system. The lab had recently taken delivery of a WE 224 oscilloscope from Bell Labs, which provided easy hook up and had a persistent phosphor. Working with Jock Herd, in 1926 Watt added an amplifier to each to the two arms of the antenna, and sent those signals into the X and Y channels of the oscilloscope. As hoped, the radio signal produced a pattern on the screen that indicated the direction of the strike, and the slow decay phosphor gave the operator ample time to measure it before the display faded. Watt and Herd wrote an extensive paper on the system in 1926, referring to it as "An instantaneous direct reading radiogoniometer" and stating that it could be used to determine the direction of signals lasting as little as 0.001 seconds. The paper describes the device in depth, and goes on to explain how it could be used to improve radio direction finding and navigation. In spite of this public demonstration, and films showing it being used to locate lightning, the concept apparently remained unknown outside the UK. This allowed it to be developed into practical form in secret.

Британия шайқасы

Британия шайқасына дейін Chain Home (CH) радар жүйелерін орнатуға асығу кезінде CH станциялары мүмкіндігінше алға, жағалау бойында орналастырылды, максималды ескерту уақытын қамтамасыз ету мақсатында. Бұл Британ аралдарының ішкі аймақтарында радарлық жабылу болмағанын білдірді, олар көру арқылы бақылау үшін Бақылаушылар корпусына (кейіннен Корольдік Бақылаушылар корпусы) сүйенді. Бақылаушылар корпусы ірі шабуылдар туралы ақпарат бере алғанымен, шайқаш ұшақтар тым кішкентай және тым биік болғандықтан оларды анықтап алу мүмкін болмады. Даудингтің әуе бақылау жүйесінің негізі – жерден бағыттау болғандықтан, өз шайқаштарын табудың бір жолы қажет болды. Осы мәселені шешудің жедел жолы – шайқаш радиоларына қосылу үшін "хафф-дафф" станцияларын пайдалану болды. Әрбір секторлық басқару, шайқаш эскадрильялары тобына жауапты, алыс жерлерде орналасқан екі қосымша станциямен бірге "хафф-дафф" қабылдағышымен жабдықталды. Бұл станциялар шайқаштардан берілетін хабарларды тыңдап, бұрыштарды салыстырып, олардың орналасқан жерін анықтап, ақпаратты басқару орталықтарына жіберетін. Бақылаушылар корпусы хабарлаған жаудың орнымен және "хафф-дафф" жүйесінен алынған шайқаштардың орнымен салыстыра отырып, сектор командирлері шайқаштарды жауды ұстап алуға оңай бағыттай алатын. Бұл процеске көмектесу үшін кейбір шайқаштарға "пип-свик" деп аталатын жүйе орнатылды, кемінде әр бөлімде екі (эскадрильяда төрт бөлімге дейін). "Пип-свик" әр минут сайын 14 секунд бойы тұрақты сигнал жіберіп, "хафф-дафф" операторларына сигналды анықтау үшін жеткілікті уақыт берді. Бірақ бұл жүйе шайқаш радиосын DF сигналын жіберу кезінде тоқтап тұруға мәжбүр етті. DF құралдарына деген қажеттілік соншалықты күшті болды, RAF Fighter Command командирі Хью Даудинг сұраған мөлшерді Әуе министрлігі бастапқыда жеткізе алмады. 1938 жылы өткізілген жаттығу шайқастарында жүйенің тиімділігі дәлелденген соң, Министрлік Bellini Tosi жүйелерін ұсынды, олар мүмкіндігінше тезірек CRT нұсқаларымен алмастырылатын болады. Бұл қолданыстағы антенналарды жаңа қабылдағышқа қосу арқылы орындалуы мүмкін еді. 1940 жылға қарай бұл жүйелер барлық 29 Fighter Command "секторларында" орнатылды және шайқаста жеңіске жеткен жүйенің маңызды бөлігі болды.

During the rush to install the Chain Home (CH) radar systems prior to the Battle of Britain, CH stations were located as far forward as possible, along the shoreline, in order to provide maximum warning time. This meant that the inland areas over the British Isles did not have radar coverage, relying instead on the Observer Corps (later Royal Observer Corps) for visual tracking in this area. While the Observer Corps were able to provide information on large raids, fighters were too small and too high to be positively identified. As the entire Dowding system of air control relied on ground direction, some solution to locating their own fighters was needed. The expedient solution to this was the use of huff duff stations to tune in on the fighter's radios. Every Sector Control, in charge of a selection of fighter squadrons, was equipped with a huff duff receiver, along with two other sub stations located at distant points, about away. These stations would listen for broadcasts from the fighters, compare the angles to triangulate their location, and then relay that information to the control rooms. Comparing the positions of the enemy reported by the Observer Corps and the fighters from the huff duff systems, the Sector Commanders could easily direct the fighters to intercept the enemy. To aid in this process, a system known as "pip squeak" was installed on some of the fighters, at least two per section (with up to four sections per squadron). Pip squeak automatically sent out a steady tone for 14 seconds every minute, offering ample time for the huff duff operators to track the signal. It had the drawback of tying up the aircraft's radio while broadcasting its DF signal. The need for DF sets was so acute that the Air Ministry initially was unable to supply the numbers requested by Hugh Dowding, commander of RAF Fighter Command. In simulated battles during 1938 the system was demonstrated to be so useful that the Ministry responded by providing Bellini Tosi systems with the promise that CRT versions would replace them as soon as possible. This could be accomplished in the field, simply by connecting the existing antennas to a new receiver set. By 1940 these were in place at all 29 Fighter Command "sectors", and were a major part of the system that won the battle.

Атлантика шайқасы

"Хуфф Дафф" сонармен ("ASDIC"), неміс кодтарын бұзу арқылы алынған барлау мәліметтерімен және радармен қатар, Атлантика шайқасы кезінде неміс суасты қайықтарын және коммерциялық рейдтік кемелерді анықтауда одақтастардың қару-жарағының маңызды бөлігі болды. Kriegsmarine кемелері хабар жіберген кезде, олардың теңіздегі орнын анықтау үшін радиобағыттап табушыларды пайдалануға болатынын білген. Сондықтан, олар жүйелі хабарларды қысқа хабарларға айналдырды. Нәтижесінде алынған "kurzsignale" қауіпсіздік үшін Enigma машинасымен шифрланып, жылдам жіберілді. Тәжірибелі радиооператор әдеттегі хабарды жіберуге шамамен 20 секунд жұмсайтын. Егер Ұлыбритания сол кезде немістерге белгілі болған жалғыз жүйе – БТ жүйелерін қолданған болса, мұндай хабардың орнын анықтау үшін үлкен сәттілік қажет болар еді. "Хуфф Дафф" арқылы бұл хабарлар өлшеуге жеткілікті ұзын болды. Бастапқыда Ұлыбританияның анықтау жүйесі Британ аралдары мен Солтүстік Атлантикадағы бірнеше жағалау станцияларынан тұрды, олар орнын анықтау үшін ұстауларын үйлестіретін. Атлантикадағы U- қайықтарын жағалаудағы DF станцияларынан табуға қажетті қашықтық өте үлкен болды, ал DF-тің дәлдігі салыстырмалы түрде төмен болғандықтан, анықталған орны әлде де дәл болмады. 1944 жылы Әскери-теңіз барлауы жаңа стратегияны әзірледі, онда бес жағалаудағы DF станциясынан тұратын топтар құрылды, осылайша бес станцияның әрқайсысынан алынған бағыттардың орташасы сенімдірек бағытты анықтауға мүмкіндік берді. Мұндай төрт топ Ұлыбританияда құрылды: Эссекстегі Форд-Энд, Файфтағы Анструтер, Шотландияның Бауэр таулы аймағы және Корнуоллдағы Гунхаверн. Исландия, Жаңа Шотландия және Ямайкада басқа топтар құру жоспарланған. Қарапайым орташа есептеудің тиімсіз екені анықталды, кейіннен статистикалық әдістер қолданылды. Операторлардан да олардың өлшемдерінің сенімділігін бағалау сұралып, тұрақсыз және нашар өлшемдерге тұрақты және анық өлшемдерге қарағанда аз салмақ берілді. Осы DF топтарының бірнешеуі 1970 жылдарға дейін Композиттік сигналдар ұйымының құрамында жұмыс істеді. Жердегі жүйелер кемелерде жұмыс істеудегі күрделі техникалық проблемаларға байланысты пайдаланылды, негізінен радиосигналдарының толқын фронтына суперструктураның әсерінен. Алайда, Адмиралтейство Сигналдық мекемесінде жұмыс істейтін поляк инженері Вацлав Струшинскийдің техникалық басшылығымен бұл проблемалар шешілді. Кемелерді жабдықтаған кезде осы әсерлерді анықтау үшін күрделі өлшеулер сериясы жүргізілді және операторларға әртүрлі жиіліктерде қажетті түзетулерді көрсету үшін кестелер берілді. 1942 жылға қарай катодты сәулелі түтіктердің қолжетімділігі жақсарды және енді өндірілетін "Хуфф Дафф" жиынтықтарының санына шектеу қойылмады. Сонымен қатар, күдікті жиіліктерді сканерлеу және кез келген хабарлар анықталғанда автоматты түрде дабыл беру үшін үздіксіз мотормен басқарылатын тюнингі бар жақсартылған жиынтықтар енгізілді. Операторлар сигнал жоғалғанға дейін оны жылдам түзетуге мүмкіндік алды. Бұл жиынтықтар конвойды сүйемелдеуші кемелерге орнатылды, олар радардың қашықтығынан тыс, көкжиектен хабар тарататын U- қайықтарының орнын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл аңшы-жойғыш кемелерді және ұшақтарды U- қайығының бағытына жоғары жылдамдықпен жіберуге мүмкіндік берді, ол әлі де су бетінде болса радармен немесе су астында болса ASDIC арқылы анықталуы мүмкін. 1944 жылдың тамызынан бастап Германия "Куриер" жүйесін әзірледі, ол 454 миллисекундтан аспайтын импульс түрінде "kurzsignale" хабарының барлығын жіберді, бұл орнын анықтау үшін тым қысқа немесе шифрлау үшін ұстап алуға болмайтын, бірақ жүйе соғыстың соңына дейін толыққанды жұмыс істемеді.

Along with sonar ("ASDIC"), intelligence from breaking German codes, and radar, "Huff Duff" was a valuable part of the Allies' armoury in detecting German U boats and commerce raiders during the Battle of the Atlantic. The Kriegsmarine knew that radio direction finders could be used to locate its ships at sea when those ships transmitted messages. Consequently, they developed a system that turned routine messages into short length messages. The resulting "kurzsignale" was then encoded with the Enigma machine (for security) and transmitted quickly. An experienced radio operator might take about 20 seconds to transmit a typical message. Had the UK been using B T systems, the only system known to the Germans at the time, determining the location of such a transmission would have required considerable luck. With huff duff, these messages were more than long enough to easily measure. At first, the UK's detection system consisted of a number of shore stations in the British Isles and North Atlantic, which would coordinate their interceptions to determine locations. The distances involved in locating U boats in the Atlantic from shore based DF stations were so great, and DF accuracy was relatively inefficient, so the fixes were not particularly accurate. In 1944 a new strategy was developed by Naval Intelligence where localized groups of five shore based DF stations were built so the bearings from each of the five stations could be averaged to gain a more reliable bearing. Four such groups were set up in Britain: at Ford End in Essex, Anstruther in Fife, Bower in the Scottish Highlands and Goonhavern in Cornwall. It was intended that other groups would be set up in Iceland, Nova Scotia and Jamaica. Simple averaging was found to be ineffective, and statistical methods were later used. Operators were also asked to grade the reliability of their readings so that poor and variable ones were given less weight than those that appeared stable and well defined. Several of these DF groups continued into the 1970s as part of the Composite Signals Organisation. Land based systems were used because there were severe technical problems operating on ships, mainly due to the effects of the superstructure on the wavefront of arriving radio signals. However, these problems were overcome under the technical leadership of the Polish engineer Wacław Struszyński, working at the Admiralty Signal Establishment. As ships were equipped, a complex measurement series was carried out to determine these effects, and cards were supplied to the operators to show the required corrections at various frequencies. By 1942, the availability of cathode ray tubes improved and was no longer a limit on the number of huff duff sets that could be produced. At the same time, improved sets were introduced that included continuously motor driven tuning, to scan the likely frequencies and sound an automatic alarm when any transmissions were detected. Operators could then rapidly fine tune the signal before it disappeared. These sets were installed on convoy escorts, enabling them to get fixes on U boats transmitting from over the horizon, beyond the range of radar. This allowed hunter killer ships and aircraft to be dispatched at high speed in the direction of the U boat, which could be located by radar if still on the surface or ASDIC if submerged. From August 1944, Germany was working on the Kurier system, which would transmit an entire kurzsignale in a burst not longer than 454 milliseconds, too short to be located, or intercepted for decryption, but the system had not become operational by the end of the war.

Сипаттама

Хфф-дафф жүйесінің негізгі принципі – екі антеннадан сигналды осциллоскоптың X және Y каналдарына жіберу. Әдетте, Y каналы жер станциялары үшін солтүстік/оңтүстік бағытын, ал кемеде болған жағдайда – кеменің бағытына (алдыңғы/артқы) сәйкес келеді. Осылайша, X каналы шығыс/батыс немесе сол/оң жақ бағыттарын көрсетеді. Осциллоскоп экранындағы нүктенің ауытқуы радиосигналдың сәттегі фазасы мен күшін тікелей көрсетеді. Радиосигналдар толқындардан тұратындықтан, сигналдың фазасы өте жылдам өзгереді. Егер біреу бір каналдағы, мысалы Y каналдағы сигналды қараса, нүкте жоғары-төмен жылдам қозғалып, экран ортасынан тең қашықтықта орналасқан тік сызық сияқты көрінеді. Екінші канал қосылғанда, сол сигналға синхронды түрде, нүкте X және Y бағыттарында бір уақытта қозғалып, сызықтың диагональға айналуына себеп болады. Дегенмен, радиосигналдың шекті толқын ұзындығы бар, сондықтан ол антенна контурлары арқылы өтетін кезде антеннаның әр бөлігімен кездесетін фазалық қатынас өзгеріп отырады. Бұл сызықтың фазалық қатынасқа байланысты эллипс немесе Лиссажу қисығына ауытқуына әкеледі. Қисықтың негізгі осі сигнал бағытымен сәйкес келеді. Мысалы, сигнал солтүстік-шығыс бағытынан келсе, экрандағы 45/225 градус сызығы бойымен орналасқан эллипс пайда болады. Экранда бейне қалыптасқан кезде фаза өзгеретіндіктен, нәтижедегі бейнеде "бұлыңғырлық" пайда болады, оны ескеру қажет. Бұл сигналдың солтүстік-шығыс немесе оңтүстік-батыс бағытынан келгенін анықтау қиындығын тудырады, өйткені эллипс экран ортасының екі жағында да бірдей ұзын. Бұл мәселені шешу үшін қосымша антенна – "сезім антеннасы" қосылды. Бұл – толық бағыттық антенна, ол антенна контурларынан шамамен жарты толқын ұзындығы қашықтықта орналасқан. Бұл сигнал қосылғанда, сезім антеннасының бағытындағы фазаға қарама-қарсы сигнал, сигналдың фазасы сезім антеннасының бағытында болғанда, сигналды күшті басады. Бұл сигнал осциллоскоптың жарықтық каналына (Z осіне) жіберіледі, сигналдар фазадан шыққанда экранда бейне жоғалады. Сезім антеннасын циклдардың біріне, мысалы солтүстік/оңтүстік каналына қосу арқылы, сигнал солтүстікке қарай келгенін көрсету үшін экранның төменгі жартысында бейне басылады. Осы жағдайда, сигналдың бағыты тек солтүстік-шығыс болуы мүмкін. Антенналар қабылдайтын сигналдар өте әлсіз және жоғары жиілікті болғандықтан, олар алдымен екі бірдей радио қабылдағышта жеке-жеке күшейтеді. Бұл екі қабылдағыштың өте дұрыс теңдестірілуін қажет етеді, сондықтан біреуі екіншісінен артық күшейте алмайды, осылайша шығыс сигналын өзгертпейді. Мысалы, егер солтүстік-оңтүстік антеннадағы күшейткіштің күші сәл артық болса, нүкте 45 градус сызығымен емес, 30 градус сызығымен қозғалады. Екі күшейткішті теңестіру үшін көптеген жүйелерде белгілі бағыттық сигналды тудыратын "сынақ контуры" қарастырылған. Кемедегі жүйелер үшін кеменің үстін құраушы конструкциялар кедергілердің маңызды себебін құрады, әсіресе фазада, сигналдар әртүрлі металл конструкциялардың маңынан өтетін кезде. Бұл мәселені шешу үшін кеме бір шақырымдай қашықтықтағы екінші кемеден сынақ сигналын алғанда зәкірлендірілді, ал алынған сигналдар калибрлеу парағына жазылды. Хабар таратушы кеме басқа орынға көшіріліп, калибрлеу қайталанды. Калибрлеу әртүрлі толқын ұзындықтары мен бағыттары үшін әртүрлі болды, сондықтан әр кеме үшін толық парақтар жиынтығын жасау көп жұмыс талап етті. Әскери-теңіз күштеріндегі құрылғылар, атап айтқанда HF4 жиынтығы, бұрышты өлшеуге көмектесетін сызық – "курсор" бар айналатын пластикалық тақтаны қамтиды. Эллипстің ұштары экран шетіне жетпесе немесе одан шығып кетсе, бұл қиын болуы мүмкін. Курсорды эллипстің екі шетіндегі ең жоғары нүктелермен туралау арқылы бұл оңайырақ болды. Курсордың екі жағындағы белгілер экран енін өлшеуге және бұлыңғырлық деңгейін анықтауға мүмкіндік берді.

The basic concept of the huff duff system is to send the signal from two aerials into the X and Y channels of an oscilloscope. Normally the Y channel would represent north/south for ground stations, or in the case of the ship, be aligned with the ship's heading fore/aft. The X channel thereby represents either east/west, or port/starboard. The deflection of the spot on the oscilloscope display is a direct indication of the instantaneous phase and strength of the radio signal. Since radio signals consist of waves, the signal varies in phase at a very rapid rate. If one considers the signal received on one channel, say Y, the dot will move up and down, so rapidly that it would appear to be a straight vertical line, extending equal distances from the center of the display. When the second channel is added, tuned to the same signal, the dot will move in both the X and Y directions at the same time, causing the line to become diagonal. However, the radio signal has a finite wavelength, so as it travels through the antenna loops, the relative phase that meets each part of the antenna changes. This causes the line to be deflected into an ellipse or Lissajous curve, depending on the relative phases. The curve is rotated so that its major axis lies along the bearing of the signal. In the case of a signal to the north east, the result would be an ellipse lying along the 45/225 degree line on the display. Since the phase is changing while the display is drawing, the resulting displayed shape includes "blurring" that needed to be accounted for. This leaves the problem of determining whether the signal is north east or south west, as the ellipse is equally long on both sides of the display centre point. To solve this problem a separate aerial, the "sense aerial", was added to this mix. This was an omnidirectional aerial located a fixed distance from the loops about 1/2 of a wavelength away. When this signal was mixed in, the opposite phase signal from this aerial would strongly suppress the signal when the phase is in the direction of the sense aerial. This signal was sent into the brightness channel, or Z axis, of the oscilloscope, causing the display to disappear when the signals were out of phase. By connecting the sense aerial to one of the loops, say the north/south channel, the display would be strongly suppressed when it was on the lower half of the display, indicating that the signal is somewhere to the north. At this point the only possible bearing is the north east one. The signals received by the antennas are very small and at high frequency, so they are first individually amplified in two identical radio receivers. This requires the two receivers to be extremely well balanced so that one does not amplify more than the other and thereby change the output signal. For instance, if the amplifier on the north/south antenna has slightly more gain, the dot will not move along the 45 degree line, but perhaps the 30 degree line. To balance the two amplifiers, most set ups included a "test loop" which generated a known directional test signal. For shipboard systems, the ship's superstructure presented a serious cause of interference, especially in phase, as the signals moved around the various metal obstructions. To address this, the ship was anchored while a second ship broadcast a test signal from about one mile away, and the resulting signals were recorded on a calibration sheet. The broadcast ship would then move to another location and the calibration would be repeated. The calibration was different for different wavelengths as well as directions; building a complete set of sheets for each ship required significant work. Naval units, notably the common HF4 set, included a rotating plastic plate with a line, the "cursor", used to help measure the angle. This could be difficult if the tips of the ellipse did not reach the edge of the display, or went off it. By aligning the cursor with the peaks at either end, this became simple. Hash marks on either side of the cursor allowed measurement of the width of the display, and use that to determine the amount of blurring.