Высокочастотное пеленгование: от поиска молний до обнаружения подводных лодок.

Введение

Электронное оборудование для поиска радиоисточников

Высокочастотное пеленгование, обычно известное под аббревиатурой HF/DF или прозвищем huff duff, является типом радиопеленгатора (RDF), представленным во Второй мировой войне. Высокая частота (HF) относится к радиодиапазону, обеспечивающему эффективную связь на больших расстояниях, например, между подводными лодками и их наземными штабами. HF/DF в основном использовался для перехвата радиопередач противника, хотя также применялся для определения местоположения дружественных самолетов в качестве средства навигации. Базовая технология остаётся в использовании как одна из фундаментальных дисциплин радиоразведки, хотя обычно интегрируется в более широкий комплекс радиосистем и радаров, а не используется как автономная система. В более ранних системах RDF оператор механически вращал антенну или соленоид и определял направление на передатчик по пикам или минимумам сигнала, что занимало значительное время – порядка минуты и более. В системах HF/DF набор антенн принимал сигнал с незначительными различиями в местоположении или угле, а затем использовал эти различия для мгновенного отображения пеленга на экране осциллографа, что позволяло перехватывать кратковременные сигналы, например, от подводных лодок. Система была первоначально разработана Робертом Уотсоном Уаттом, начиная с 1926 года, как система для определения местоположения грозовых разрядов. Её роль в разведке была определена лишь к концу 1930-х годов. В начальный период войны подразделения HF/DF пользовались большим спросом, и их распределение сопровождалось значительной межведомственной конкуренцией. Одним из первых применений было использование командованием истребительной авиации Королевских ВВС в составе системы перехвата Dowding, а наземные подразделения широко использовались для сбора информации для Адмиралтейства с целью обнаружения подводных лодок. В период с 1942 по 1944 год более компактные комплексы стали широко доступны и являлись обычным оборудованием на кораблях Королевского флота. По оценкам, HF/DF способствовал потоплению 24% всех подводных лодок в ходе войны. Базовая концепция также известна под несколькими альтернативными названиями, включая пеленгование по катодно-лучевой трубке (CRDF), Twin Path DF и, в честь своего изобретателя, Watson Watt DF или Adcock/Watson Watt, когда речь идёт об антенне.

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.

До HF/DF

Радиопеленгация была широко используемым методом еще до Первой мировой войны, применявшимся для морской и воздушной навигации. Основная концепция использовала петлевую антенну, в самой простой форме – просто круговую петлю провода с окружностью, определяемой диапазоном частот обнаруживаемых сигналов. Когда петля выровнена под прямым углом к сигналу, сигнал в двух ее половинах гасится, вызывая резкое падение выходного сигнала, известное как "нуль". Ранние системы радиопеленгации использовали петлевую антенну, которую можно было механически вращать. Оператор настраивался на известную радиостанцию, а затем вращал антенну, пока сигнал не исчезал. Это означало, что антенна теперь находилась под прямым углом к передатчику, хотя могла быть и по другую сторону от него. Получая несколько таких измерений или используя другую навигационную информацию для устранения неоднозначности направления, можно было определить пеленг на передатчик. В 1907 году Этторе Беллини и Алессандро Този внесли усовершенствование, значительно упростившее систему радиопеленгации в некоторых конфигурациях. Одиночная петлевая антенна была заменена двумя антеннами, расположенными под прямым углом друг к другу. Выходной сигнал каждой антенны подавался на свою собственную петлевую катушку, или, как их называют в этой системе, "полевую катушку". Две такие катушки, по одной для каждой антенны, располагались близко друг к другу под прямым углом. Сигналы от двух антенн создавали магнитное поле в пространстве между катушками, которое улавливалось вращающимся соленоидом – "поисковой катушкой". Максимальный сигнал генерировался, когда поисковая катушка выравнивалась с магнитным полем от полевых катушек, которое соответствовало углу сигнала относительно антенн. Это устраняло необходимость перемещения антенн. Радиопеленгатор Беллини–Този (BT) широко использовался на кораблях, хотя вращающиеся петли продолжали использоваться на самолетах, поскольку обычно были меньше. Всем этим устройствам требовалось время для работы. Обычно радист сначала использовал обычные радиоприемники для поиска нужного сигнала, используя антенну(ы) радиопеленгации или отдельную ненаправленную антенну. После настройки оператор вращал антенны или гониометр, ища пики или нули сигнала. Хотя приблизительное местоположение можно было определить, быстро вращая управляющий элемент, для более точных измерений оператору приходилось "выслеживать" сигнал, совершая все более мелкие движения. С периодическими сигналами, такими как азбука Морзе, или сигналами на границе зоны уверенного приема, это был сложный процесс. Время определения местоположения обычно составляло около одной минуты. Непосредственно перед началом Второй мировой войны велась работа по автоматизации системы BT, особенно французскими инженерами Морисом Делореном и Анри Бусинье, работавшими во французском отделении американской корпорации ITT. Их система моторизовала поисковую катушку, а также круглую индикаторную карту, которая вращалась синхронно. Лампа на индикаторной карте была связана с выходным сигналом гониометра и мигала, когда находилась в правильном направлении. При быстром вращении, около 120 об/мин, вспышки сливались в одну (колеблющуюся) точку, указывающую направление. Команда уничтожила все свои разработки во французском офисе и покинула Францию в 1940 году, незадолго до вторжения Германии, и продолжила разработку в США.

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

Давно было известно, что молния излучает радиосигналы. Сигнал распространяется по множеству частот, но особенно силен в длинноволновом спектре, который являлся одной из основных радиочастот для дальней морской связи. Роберт Уотсон Уотт продемонстрировал, что измерения этих радиосигналов можно использовать для отслеживания гроз и предоставления полезного предупреждения на большие расстояния пилотам и кораблям. В некоторых экспериментах ему удавалось обнаруживать грозы над Африкой, находящиеся на значительном расстоянии. Однако, импульсы молнии длились настолько коротко, что традиционные RDF-системы с рамочными антеннами не успевали определить направление до их исчезновения, хотя и не имели возможности это проверить. Уотт работал в метеорологической службе Королевских ВВС в Алдершоте, но в 1924 году было решено вернуть это место для нужд RAF. В июле 1924 года Уотт переехал на новую площадку в Дитон-парке, недалеко от Слау. На этой площадке уже располагался исследовательский центр радиосекции Национальной физической лаборатории (NPL). Уотт занимался исследованиями в отделе атмосферных явлений, проводя базовые исследования распространения радиосигналов в атмосфере, в то время как NPL занималась измерениями напряженности поля в натуре и исследованиями пеленгации. В NPL имелось два устройства, использовавшихся в этих исследованиях, которые оказались критически важными для разработки системы "хафф-дафф" – антенна Адкока и современный осциллограф. Антенна Адкока представляет собой систему из четырех штыревых мачт, работающих как две виртуальные рамочные антенны, расположенные под прямым углом. Сравнивая сигналы, принимаемые на этих двух виртуальных рамах, можно было определить направление на источник сигнала, используя существующие методы RDF. Исследователи установили эту антенну в 1919 году, но затем на некоторое время забросили ее, предпочитая более компактные конструкции. Однако, эти конструкции показали очень низкую эффективность из-за электрических особенностей района Слау, что затрудняло определение, принимается ли сигнал по прямой видимости или отражается от неба. Смит Роуз и Барфилд вновь обратили внимание на антенну Адкока, которая не имела горизонтальной составляющей и, следовательно, отфильтровывала "небесные волны". В серии последующих экспериментов им удалось точно определить местоположение передатчиков по всей стране. Именно постоянное стремление Уатта точно определять местоположение отдельных ударов молнии привело к окончательным ключевым разработкам базовой системы "хафф-дафф". Лаборатория недавно получила осциллограф WE 224 от Bell Labs, который был прост в подключении и имел экран с длительным послесвечением. Работая с Джоком Хердом, в 1926 году Уотт добавил усилители к каждому плечу антенны и направил эти сигналы на X и Y каналы осциллографа. Как и ожидалось, радиосигнал создал на экране изображение, указывающее направление удара, а медленное затухание послесвечения давало оператору достаточно времени для его измерения до исчезновения изображения. Уотт и Херд опубликовали обширную статью о системе в 1926 году, назвав ее "мгновенным радиогониометром прямого считывания" и заявив, что она может использоваться для определения направления сигналов, длительностью всего 0,001 секунды. В статье подробно описывается устройство и объясняется, как его можно использовать для улучшения радиопеленгации и навигации. Несмотря на эту публичную демонстрацию и фильмы, показывающие его использование для определения местоположения молний, эта концепция, по-видимому, оставалась неизвестной за пределами Великобритании. Это позволило разработать ее в практическую форму в обстановке секретности.

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.

Битва за Британию

Во время спешной установки радиолокационных систем Chain Home (CH) перед Битвой за Британию, станции CH размещались как можно ближе к передовой, вдоль береговой линии, чтобы обеспечить максимальное время предупреждения. Это означало, что внутренние районы над Британскими островами не имели радиолокационного покрытия и полагались вместо этого на Корпус наблюдателей (позже Королевский корпус наблюдателей) для визуального отслеживания в этой зоне. Хотя Корпус наблюдателей мог предоставлять информацию о крупных налётах, истребители были слишком малы и летели слишком высоко, чтобы их можно было однозначно идентифицировать. Поскольку вся система управления воздушным движением Доудинга основывалась на наземном управлении, требовалось решение для определения местоположения собственных истребителей. В качестве оперативного решения было решено использовать станции "хафф-дафф" для приема радиосигналов истребителей. Каждый сектор управления, отвечающий за группу истребительных эскадрилий, был оснащён приемником "хафф-дафф", а также двумя дополнительными подстанциями, расположенными на значительном расстоянии, примерно в нескольких километрах. Эти станции прослушивали радиопередачи от истребителей, сравнивали углы приёма для триангуляции их местоположения и затем передавали эту информацию в командные пункты. Сопоставляя данные о местоположении противника, поступавшие от Корпуса наблюдателей, и данные об истребителях, полученные с систем "хафф-дафф", командиры секторов могли эффективно направлять истребители на перехват врага. Для облегчения этого процесса на некоторых истребителях была установлена система, известная как "пип-скик", как минимум по две на звено (до четырех звеньев в эскадрилье). "Пип-скик" автоматически передавал непрерывный тон в течение 14 секунд каждую минуту, предоставляя достаточно времени операторам "хафф-дафф" для отслеживания сигнала. Недостатком было то, что во время передачи сигнала пеленгации радиоканал самолёта был занят. Потребность в пеленгационном оборудовании была настолько велика, что Министерство авиации первоначально не смогло предоставить количество, запрошенное Хью Доудингом, командующим истребительным командованием Королевских ВВС. В ходе учебных сражений в 1938 году система продемонстрировала свою высокую эффективность, в результате чего Министерство предоставило системы Bellini Tosi с обещанием заменить их на версии с ЭЛТ-трубкой как можно скорее. Это можно было сделать в полевых условиях, просто подключив существующие антенны к новому приемному устройству. К 1940 году они были установлены во всех 29 "секторах" истребительного командования и стали важной частью системы, обеспечившей победу в битве.

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.

Битва за Атлантику

Наряду с сонаром ("ASDIC"), данными разведки, полученными в результате взлома немецких шифров, и радаром, "Хуфф-Дафф" был ценным элементом арсенала союзников в обнаружении немецких подводных лодок и рейдеров в период битвы за Атлантику. Немецкое командование (Kriegsmarine) знало, что радиопеленгаторы могут быть использованы для определения местоположения кораблей в море при передаче ими сообщений. В связи с этим они разработали систему, преобразующую обычные сообщения в короткие. Полученный "курцсигнал" затем шифровался машиной Enigma (для обеспечения безопасности) и передавался оперативно. Опытный радист мог передать типичное сообщение примерно за 20 секунд. Если бы Великобритания использовала системы БТ, единственные известные немцам в то время, определение местоположения такой передачи потребовало бы значительной доли везения. С помощью "Хафф-Дафф" эти сообщения были достаточно длинными для легкого измерения. Первоначально система обнаружения Великобритании состояла из ряда береговых станций, расположенных на Британских островах и в Северной Атлантике, которые координировали перехваты для определения местоположения. Расстояния, необходимые для определения местоположения подводных лодок в Атлантике с использованием береговых станций пеленгации, были огромны, а точность пеленгации была относительно низкой, поэтому определение координат было не слишком точным. В 1944 году военно-морская разведка разработала новую стратегию, предусматривающую создание локальных групп из пяти береговых станций пеленгации, чтобы усреднять пеленги с каждой из пяти станций и получать более надежные данные. В Великобритании было создано четыре такие группы: в Форд-Энде (Эссекс), Анструтере (Файф), Боуэре (Шотландское нагорье) и Гунхаверне (Корнуолл). Планировалось создание других групп в Исландии, Новой Шотландии и Ямайке. Простое усреднение оказалось неэффективным, и впоследствии были использованы статистические методы. Операторов также просили оценивать достоверность своих показаний, чтобы ненадежные и колеблющиеся данные имели меньший вес, чем стабильные и четкие. Несколько таких групп пеленгации продолжали функционировать вплоть до 1970-х годов в составе Объединенной организации радиосигналов. Наземные системы использовались из-за серьезных технических проблем, возникавших при работе с кораблей, главным образом из-за влияния надстроек на волновой фронт принимаемых радиосигналов. Однако эти проблемы были решены под техническим руководством польского инженера Вацлава Струшинского, работавшего в Адмиралтейском сигнальном учреждении. По мере оснащения кораблей проводились сложные измерения для определения этих эффектов, и операторам предоставлялись таблицы с необходимыми поправками для различных частот. К 1942 году доступность электронно-лучевых трубок улучшилась и перестала быть ограничивающим фактором для количества производимых комплектов "Хафф-Дафф". Одновременно были внедрены усовершенствованные комплекты, включающие непрерывно двигающуюся настройку, для сканирования вероятных частот и автоматической сигнализации при обнаружении передачи. Операторы могли быстро точно настроить сигнал до его исчезновения. Эти комплекты устанавливались на эскортные корабли конвоев, что позволяло им определять местоположение подводных лодок, передающих сигналы из-за горизонта, за пределами досягаемости радаров. Это позволяло быстро направлять корабли-охотники и самолеты в направлении подводной лодки, которую можно было обнаружить радаром, если она оставалась на поверхности, или гидроакустическим сонаром (ASDIC), если она погружалась. С августа 1944 года Германия работала над системой "Куриер", которая передавала бы весь "курцсигнал" в импульсе длительностью не более 454 миллисекунд, слишком коротком для определения местоположения или перехвата для дешифровки, но система не была введена в эксплуатацию к концу войны.

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.

Описание

Основная концепция системы «Хафф-Дафф» заключается в подаче сигнала с двух антенн на X и Y каналы осциллографа. Обычно канал Y представляет направление север-юг для наземных станций, или, в случае с кораблем, выравнивается по курсу судна – нос-корма. Соответственно, канал X представляет направление восток-запад или левый борт-правый борт. Отклонение пятна на экране осциллографа напрямую указывает на мгновенную фазу и силу радиосигнала. Поскольку радиосигналы состоят из волн, их фаза очень быстро меняется. Если рассматривать сигнал, принимаемый по одному каналу, например, Y, точка будет двигаться вверх и вниз настолько быстро, что будет казаться прямой вертикальной линией, равноудаленной от центра экрана. При добавлении второго канала, настроенного на тот же сигнал, точка будет одновременно двигаться в направлениях X и Y, в результате чего линия станет диагональной. Однако радиосигнал имеет конечную длину волны, поэтому при прохождении через антенные петли относительная фаза, достигающая каждой части антенны, изменяется. Это приводит к отклонению линии в эллипс или кривую Лиссажу, в зависимости от относительных фаз. Кривая поворачивается таким образом, что ее большая ось лежит вдоль пеленга сигнала. В случае сигнала с северо-востока результатом будет эллипс, расположенный вдоль линии 45/225 градусов на экране. Поскольку фаза меняется во время отрисовки изображения, результирующая форма отображения включает в себя «размытие», которое необходимо учитывать. Это создает проблему определения того, находится ли сигнал на северо-востоке или юго-западе, поскольку эллипс одинаково вытянут по обе стороны от центра экрана. Для решения этой проблемы в схему была добавлена отдельная антенна – «чувствительная антенна». Это была всенаправленная антенна, расположенная на фиксированном расстоянии от петель, примерно в 1/2 длины волны. При смешивании этого сигнала противоположный по фазе сигнал от этой антенны будет сильно подавлять сигнал, когда фаза направлена в сторону чувствительной антенны. Этот сигнал подавался на канал яркости, или ось Z, осциллографа, в результате чего изображение исчезало, когда сигналы были не в фазе. Подключив чувствительную антенну к одной из петель, например, к каналу север-юг, изображение будет сильно подавлено, когда оно находится в нижней половине экрана, что указывает на то, что сигнал находится где-то на севере. В этот момент единственным возможным пеленгом является северо-восточный. Сигналы, принимаемые антеннами, очень слабые и имеют высокую частоту, поэтому они сначала индивидуально усиливаются в двух идентичных радиоприемниках. Это требует, чтобы два приемника были очень хорошо сбалансированы, чтобы один не усиливал больше, чем другой, и тем самым не изменял выходной сигнал. Например, если усилитель на антенне север-юг имеет немного большее усиление, точка не будет двигаться по линии 45 градусов, а, возможно, по линии 30 градусов. Для балансировки двух усилителей большинство установок включали «контрольную петлю», которая генерировала известный направленный тестовый сигнал. Для корабельных систем надстройка корабля представляла собой серьезный источник помех, особенно по фазе, поскольку сигналы перемещались вокруг различных металлических препятствий. Для решения этой проблемы корабль якорился, в то время как второй корабль передавал тестовый сигнал примерно в миле от него, и полученные сигналы записывались на калибровочный лист. Затем передающий корабль перемещался в другое место, и калибровка повторялась. Калибровка отличалась для разных длин волн, а также направлений; создание полного набора листов для каждого корабля требовало значительной работы. В состав военно-морских комплектов, в частности, общепринятого HF4, входила вращающаяся пластиковая пластина с линией – «курсором», используемым для измерения угла. Это могло быть затруднительно, если концы эллипса не достигали края экрана или выходили за его пределы. Совместив курсор с пиками на обоих концах, это становилось проще. Штрихи по обе стороны от курсора позволяли измерить ширину экрана и использовать ее для определения степени размытия.

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.