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如何在茫茫大海中寻找仍在发射信号的电台?从无线电测向简史说起

时间:2022-06-19 来源:网络 作者:网络 点击:

那个电台在哪里?测向简史带你找到答案,今天Al Williams WD5GNR 在 Hackaday 上撰写有关无线电导航和测向的文章很值得一读!

我们认为无线电导航和测向是相当现代的东西。但是,您可能会惊讶于测向几乎与无线电本身一样古老。

1888 年,海因里希·赫兹 (Heinrich Hertz) 指出,当环形天线的一个方向和最弱的 90 度旋转时,信号最强。到 1900 年,实验者注意到偶极子天线表现出类似的行为,不久之后天线被旋转以最大化信号或定位发射器。

当然,有一个问题。您实际上无法通过环路或偶极子判断天线的哪一侧指向信号。因此,如果天线指向北方,则信号可能指向北方,但也可能指向南方。尽管如此,在某些情况下,这已经足够了。

我们认为无线电导航和测向是相当现代的东西。但是,您可能会惊讶于测向几乎与无线电本身一样古老。1888 年,海因里希·赫兹 (Heinrich Hertz) 指出,当环形天线的一个方向和最弱的 90 度旋转时,信号最强。到 1900 年,实验者注意到偶极子表现出类似的行为,不久之后天线被旋转以最大化信号或定位发射器。

1927 年的英国无线电测向车;公共区域

当然,还有一个问题。您实际上无法通过环路或偶极子判断天线的哪一侧指向信号。因此,如果天线指向北方,则信号可能指向北方,但也可能指向南方。尽管如此,在某些情况下,这已经足够了。

John Stone 在 1901 年为这样的系统申请了专利。著名的无线电实验家 Lee De Forest 在 1904 年也有一个新颖的系统。这些系统都遇到了各种各样的问题。在短波频率下,多径传播会混淆接收器,而长波信号需要非常大的天线。大多数天线都移动了,但有些——比如马可尼的天线——使用了多个元件和一个开关。

但是,在某些特殊情况下,这些限制是可以接受的。例如,当泛美在 1930 年代需要在飞机上航行时,在泛美之前曾在 RCA 工作的 Hugo Leuteritz 在机场使用环形天线来定位飞机上的发射器。由于您知道飞机必须位于天线的哪一侧,因此双向检测不是问题。

关键词:基本导航

无线电导航很大程度上归功于普通的天文导航和测量。您看到的不是灯塔、太阳或星星,而是无线电发射器

使用太阳和月亮给出两个圆圈(位置线),您可以假设您的船不在阿根廷或巴拉圭周围的旱地上。公共区域。

假设您在一个有旗杆的场地,并且您知道旗杆的确切位置和高度。如果你在野外的某个地方,想知道你在哪里,你可以使用杆子。您瞄准杆子并测量与杆子的角度。由于您知道高度和角度,因此您可以使用几何图形在您必须站在的杆子周围绘制一个圆圈。

当然,你可以在圆圈上的任何地方——导航员所说的位置线。但是如果你有两个极点呢?你可以画两个圆圈。如果幸运的话,圆圈会恰好接触到一个点,这就是您所在的位置。然而,更常见的是有两个点,并且——大概——一个离你应该去的地方很远,一个离你应该去的地方很近。

即使使用简单的一对循环,如果它们相距足够远,您也可以使用相同的技巧。如果站一显示与发射器的角度为 30 度(或 210 度;这是不明确的),而站二显示的角度为 300 度,您可以通过绘制两条线并注意它们交叉的位置来进行三角测量。

关键词:改进

一个 2 MHz Adcock 装置;公共区域

即便如此,还是有对更好的东西的需求。1909 年,Ettore Bellini 和 Alessandro Tosi 推出了一项创新。Bellini-Tosi 系统使用两个直角天线来馈送线圈。第三个环在线圈内移动以找到方向。这允许大天线保持静止。到 1920 年代,这些非常普遍,一直持续到 1950 年代。

到 1919 年,英国工程师弗兰克·阿德科克 (Frank Adcock) 提出了一个系统,该系统使用四个垂直天线,单极天线或偶极天线。这种安排将天线连接起来,有效地形成一个方形环路,忽略水平极化信号,从而减少天波的接收。Adcock 天线经常与 Bellini-Tosi 探测器一起使用。

关键词:雷击

哈夫达夫设备;雷米·考普摄 CC-BY-SA-3.0

1926 年,英国人罗伯特·沃森-瓦特试图探测闪电以帮助飞行员和水手避开风暴。闪电信号非常快,但经验丰富的操作员需要大约一分钟才能将 Bellini-Tosi 探测器排成一行。通过耦合 Adcock 天线和示波器,瓦特能够快速锁定闪电或无线电发射器。

HUFF DUFF“哈夫-达夫”是高频测向仪(High-frequency direction-finding)的昵称。是第二次世界大战中盟军引入的一种无线电测向仪(RDF),通常以其缩写HF / DF昵称来称呼。高频(HF)是指可以有效地进行长距离通信的无线电波段;例如,在U艇及其陆上总部之间。哈夫-达夫主要用于捕捉敌人的无线电广播,尽管它也被用来定位友军的飞机,作为导航的辅助工具。HF / DF使用一组天线在略微不同的位置或角度接收相同的信号,然后使用信号中的细微差异在示波器显示器上显示与发射机的方位。战前较早的系统使用机械旋转的天线(或螺线管),并且操作员会监听信号中的峰值或零点,这需要花费大量时间才能确定,通常约为一分钟或更长时间。因此德军普遍相信只要自己是发短的电码是不会泄露自己的位置的。

但在1942年前英军已经秘密发展出成熟的哈夫-达夫测向仪,可以在u-boat开始传递第一个信号时就测出u-boat的方向。该设备从1942年2月开始安装在护航舰队中。哈夫-达夫使操作员可以确定无线电信号的方向,而不管是否可以读取内容。由于狼群依靠u-boat通过无线电报告护卫舰的位置,因此有稳定的消息流可以拦截。然后,护送人员可以朝信号的方向奔跑并攻击U艇,或至少迫使其潜入水中(导致失去联系),这可能会阻止对护卫舰的攻击。更厉害的是当两艘装有哈夫-达夫的船只陪同护卫舰时,用两个方向形成的直线交点就可以确定发射机的位置,而不仅仅是方向。

在战争期间,军用高频测向仪或 huff-duff 被证明是无用的。德国的 U 艇保持短时间传输以避免被发现,但由于哈夫达夫设备,这似乎没起到多少作用。德国人没有弄清楚技术改进,估计有 25% 的 U 艇沉没是由于哈夫达夫设备造成的。

关键词:现代

现代系统使用锁相环和其他技术要复杂得多。尽管泛美使用的一些早期系统在飞机上使用发射器,在地面上使用接收器,但大多数系统的做法恰恰相反。较旧的 ADF - 自动测向 - 设置使用的电动天线来定位已知的发射机。现代布景使用带有多个天线的 Marconi 系统,尽管在这种情况下开关是电子的。

业余无线电操作员喜欢猎狐——这是世界上大部分地区称为“无线电运动”的活动的一部分——本质上是用无线电发射器玩捉迷藏

您可能认为 GPS 已经使无线电测向成为过去。然而,如果你仔细想想,GPS 是一种不同形式的无线电测向。您不是使用天线的轴承,而是测量信号到达时间,但这是相同的想法。时间延迟为您提供了距离卫星已知位置的一圈。围绕多颗卫星制作多个圆圈可为您提供准确的位置。

当然,这项技术与赫兹的环形天线相去甚远。但是无线电方向仍然是现代导航系统的关键部分。

网友点评:

thomastechguy:

一个夏天的早晨,我的家庭安全警报器、自动喷水灭火系统雨水探测器和后院气象站都离线了。希望问题会自行消失,我等到第二天才开始调查。

我的台式 HP 8595E 网络分析仪在 433MHz 上发现了一个强大的连续射频载波。这与禁用设备使用的频率相同。

为了移动,我构建了一个定向天线 (433MHz Yagi) 并在手持 Android 平板电脑上安装了 SDR Sharp (SDR#)。SDR# 是一款受业余操作员和射频实验员欢迎的接收器应用程序。也适合猎狐。

三角测量找到了罪魁祸首;一个巨大的城市拥有水箱,离我家几百英尺。

我可以看到水箱顶部的天线指向我的房子。这是一个八木,单元长度适合433MHz。宾果游戏,或者我是这么想的。

给市政府打了个电话后,一位水区工作人员来到我家,我向他展示了我的发现。他不理解猎狐的概念,并告诉我这座城市不会对我的问题采取任何措施。于是他开车走了。这是第 3 天,我所有的 RF 设备仍处于离线状态。

第二天早上,我决定对我的狐狸狩猎进行三重检查。和以前一样,我被带到水箱。但这一次我也发现了来自附近高压输电线塔的相同信号。顶部是蜂窝天线装置。

仔细观察发现水箱反射了来自蜂窝装置的 433MHz 射频信号。那天晚上晚些时候,我在天线站点找到了紧急电话号码。它张贴在标有 Cingular PCS 的柜子上。我在晚上 9 点给他们打电话。一个女人接听了我的故事,在结束通话的二十分钟内,问题就得到了解决。

第二天,我打电话给市政府,找到了与我交谈过的水区工作人员,并道歉。和以前一样,他对和我说话没有太大兴趣,但我试图纠正我的错误让我感觉更好。

我们都会犯错。它的处理方式有所不同。保持文明/专业,每个人都有机会在没有太多戏剧性的情况下分道扬镳。

Deon van Schalkwyk:

还有一种情况是你自己就是罪犯......

那时,几年前,我和我的朋友住在他家。

我正在研究一个 433MHz 的小型发射器。无法让它工作,在接收端没有得到任何东西。

在某些时候,我厌倦了工作,所以我们决定去商店。糟糕,他不能让他的房子警报器武装起来。幸运的是,我意识到这一定是我的传播造成的,而没有太多的头疼。哇!

不管它为什么会发生,它也教会了我不要在没有理由的情况下让一半的工作项目继续运行。



(中国集群通信网 | 责任编辑:李俊勇)

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