Войти
Оборудование FH4 "Хафф-дафф" на корабле-музее HMS Belfast Высокочастотное пеленгирование, обычно известный под аббревиатурой HF / DF или прозвищем huff-duff, представляет собой тип радиопеленгатора (RDF), представленный в Вторая мировая война. Высокая частота (HF) относится к радиодиапазону, который позволяет эффективно передавать данные на большие расстояния; например, между подводными лодками и их наземным штабом. HF / DF в основном использовался для перехвата вражеских радиостанций во время их передачи, хотя он также использовался для обнаружения дружественных самолетов в качестве средства навигации. Базовая техника используется по сей день в качестве одной из фундаментальных дисциплин радиотехнической разведки, хотя обычно включается в более крупный набор радиосистем и радаров вместо того, чтобы быть отдельной системой.
HF / DF использовал набор антенн для приема одного и того же сигнала в немного разных местах или под разными углами, а затем использовал эти небольшие различия в сигнале для отображения пеленга на передатчик на осциллограф дисплей. В более ранних системах использовалась антенна с механическим вращением (или соленоид ) и оператор, отслеживающий пики или нули в сигнале, определение которых требовало значительного времени, часто порядка минуты или более. Дисплей HF / DF производил те же измерения практически мгновенно, что позволяло улавливать мимолетные сигналы, например, от флота подводных лодок.
Первоначально система была разработана Робертом Уотсоном-Уоттом, начиная с 1926 года, как система для определения местоположения молний. Его роль в разведке не была развита до конца 1930-х годов. В начале войны блоки HF / DF пользовались очень большим спросом, и в их распределении было серьезное соперничество между службами. Вначале истребительное командование ВВС Великобритании использовалось как часть системы Dowding управления перехватом, в то время как наземные подразделения также широко использовались для сбора информации для Адмиралтейства с целью определения местонахождения U- лодки. Между 1942 и 1944 годами стали широко доступны более мелкие единицы, которые обычно использовались на кораблях Королевского флота. По оценкам, на HF / DF пришлось 24% всех подводных лодок, потопленных во время войны.
Основная концепция также известна под несколькими альтернативными названиями, включая Определение направления катодного луча ( CRDF), Twin Path DF, а для его изобретателя - Watson-Watt DF или Adcock / Watson-Watt, если рассматривать антенну.
Радиопеленгация была широко используемой техникой даже до Первой мировой войны, использовалась для обоих военно-морская и воздушная навигация. В базовой концепции использовалась рамочная антенна , в своей основной форме просто круглая петля из провода с окружностью, определяемой частотным диапазоном сигналов, которые должны быть обнаружены. Когда контур выровнен под прямым углом к сигналу, сигнал в двух половинах контура отменяется, вызывая внезапное падение выходного сигнала, известное как «ноль».
Ранние системы радиопеленгации использовали рамочную антенну, которую можно было механически вращать. Оператор настраивался на известную радиостанцию, а затем вращал антенну до исчезновения сигнала. Это означало, что антенна теперь находилась под прямым углом к телевещательной, хотя могла быть по обе стороны от антенны. Проведя несколько таких измерений или используя какую-либо другую форму навигационной информации для устранения одного из неоднозначных направлений, можно определить , пеленг к вещательной компании.
В 1907 году Этторе Беллини и Алессандро Този представили усовершенствование, которое значительно упростило систему пеленгации в некоторых установках. Однокамерная антенна была заменена двумя антеннами, расположенными под прямым углом. Выход каждого был направлен на отдельный провод с петлей или, как их называют в этой системе, «катушка возбуждения». Две такие катушки, по одной на каждую антенну, расположены близко друг к другу под прямым углом. Сигналы от двух антенн генерировали магнитное поле в пространстве между катушками, которое улавливалось вращающимся соленоидом , «поисковой катушкой». Максимальный сигнал генерировался, когда поисковая катушка была выровнена с магнитным полем от катушек возбуждения, которое находилось под углом сигнала по отношению к антеннам. Это устранило необходимость в перемещении антенн. Пеленгатор Беллини – Тоси (B-T) широко использовался на кораблях, хотя вращающиеся петли по-прежнему использовались на самолетах, поскольку они обычно были меньше.
Для работы всех этих устройств требовалось время. Обычно радист сначала использует обычные радиотюнеры, чтобы найти рассматриваемый сигнал, либо используя антенну (антенны) пеленгации, либо отдельную ненаправленную антенну. После настройки оператор вращал антенны или гониометр в поисках пиков или нулей в сигнале. Хотя приблизительное местоположение можно было найти, быстро вращая ручку управления, для более точных измерений оператору приходилось «искать» все более мелкими движениями. С периодическими сигналами, такими как азбука Морзе, или сигналами на периферии приема, это был сложный процесс. Обычно указывалось фиксированное время порядка одной минуты.
Некоторые работы по автоматизации системы BT были выполнены незадолго до начала Второй мировой войны, особенно французскими инженерами Морис Делорейн и Анри Бузиньи, работающий во французском подразделении американской ITT Corporation. Их система моторизовала поисковую катушку, а также круглую дисплейную карту, которая вращалась синхронно. Лампа на карте дисплея была привязана к выходу гониометра и вспыхивала всякий раз, когда показывала правильное направление. При быстром вращении, примерно 120 об / мин, вспышки сливались в одну (блуждающую) точку, указывающую направление. Команда уничтожила всю свою работу во французском офисе и покинула Францию в 1940 году, незадолго до вторжения Германии, и продолжила разработку в США.
Это было давно известно что молния излучает радиосигналы. Сигнал распространяется по многим частотам, но особенно силен в спектре длинноволнового, который был одной из основных радиочастот для морской связи дальнего действия. Роберт Уотсон-Ватт продемонстрировал, что измерения этих радиосигналов можно использовать для отслеживания гроз и обеспечения полезного дальнего предупреждения для пилотов и кораблей. В некоторых экспериментах ему удавалось обнаруживать грозы над Африкой, на расстоянии 2500 километров (1600 миль).
Однако удары молнии длились так быстро, что традиционные системы RDF, использующие рамочные антенны, не могли определить подшипник, прежде чем они исчезли. Все, что можно было определить, - это среднее местоположение, которое давало лучший сигнал за длительный период, включая сигнал многих ударов. В 1916 году Ватт предложил использовать электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) в качестве показывающего элемента вместо механических систем, но не имел возможности проверить это.
Ватт работал в RAF Met Office в Олдершоте, но в 1924 году они решили вернуть это место для использования RAF. В июле 1924 года Уотт переехал на новое место в Диттон-Парк рядом с Слау. На этом сайте уже размещался исследовательский сайт секции радио Национальной физической лаборатории (NPL). Ватт был вовлечен в отдел атмосферных исследований, проводя фундаментальные исследования распространения радиосигналов в атмосфере, в то время как NPL занимались измерениями напряженности поля в полевых условиях и исследованиями пеленгации. В этих исследованиях NPL использовалось два устройства, которые окажутся критически важными для развития хафф-даффа: антенна Адкока и современный осциллограф.
Антенна Адкока представляет собой систему из четырех монопольных мачт, которые действуют как две виртуальные рамочные антенны, расположенные под прямым углом. Сравнивая сигналы, полученные в двух виртуальных петлях, направление сигнала можно определить с использованием существующих методов RDF. Исследователи установили антенну в 1919 году, но пренебрегли ею в пользу небольших конструкций. Было обнаружено, что они имеют очень низкую производительность из-за электрических характеристик района Слау, что затрудняло определение того, принимался ли сигнал по прямой линии или вниз с неба. Смит-Роуз и Барфилд снова обратили внимание на антенну Адкока, которая не имела горизонтального компонента и, таким образом, отфильтровывала "небесные волны". В серии последующих экспериментов им удалось точно определить местоположение передатчиков по всей стране.
Постоянное желание Ватта фиксировать местоположение отдельных ударов молнии привело к заключительным крупным событиям в области базовая система хафф-дафф. Лаборатория недавно получила осциллограф WE-224 от Bell Labs, который обеспечивал простое подключение и имел долговечный люминофор. Работая с Джоком Хердом, в 1926 году Ватт добавил усилитель к каждому из двух плеч антенны и отправил эти сигналы в каналы X и Y осциллографа. Как и ожидалось, радиосигнал создал узор на экране, который указывал место удара, а долговечный люминофор давал оператору достаточно времени, чтобы измерить его, прежде чем дисплей погас.
Ватт и Херд написали обширная статья о системе в 1926 году, в которой он упоминается как «мгновенный радиогониометр с прямым считыванием» и заявляет, что его можно использовать для определения направления сигналов длительностью всего 0,001 секунды. В документе подробно описывается устройство и объясняется, как его можно использовать для улучшения радиопеленгации и навигации. Несмотря на эту публичную демонстрацию и фильмы, демонстрирующие ее использование для определения местоположения молнии, концепция, очевидно, оставалась неизвестной за пределами Великобритании. Это позволило тайно довести его до практической формы.
Во время спешки по установке Chain Home (CH) радарных систем перед Битвой за Британию, станции CH были расположены как можно дальше вперед, вдоль береговой линии, чтобы обеспечить максимальное время предупреждения. Это означало, что внутренние районы над Британскими островами не имели радиолокационного обзора, вместо этого полагаясь на недавно сформированный Королевский корпус наблюдателей (ROC) для визуального отслеживания в этой области. Хотя ОКР могла предоставить информацию о крупных рейдах, боевики были слишком маленькими и слишком высокими, чтобы их можно было точно идентифицировать. Поскольку вся система управления воздушным движением полагалась на наземное направление, требовалось какое-то решение для определения местоположения их собственных истребителей.
Целесообразным решением этой проблемы было использование станций хафф-дафф для настройки по радио истребителя. Каждый сектор управления, отвечающий за выбор эскадрилий истребителей, был оборудован приемником хафф-дафф, наряду с двумя другими подстанциями, расположенными в отдаленных точках, примерно в 30 милях (48 км) от них. Эти станции будут прослушивать радиопередачи истребителей, сравнивать углы для триангуляции своего местоположения, а затем передавать эту информацию в диспетчерские. Сравнивая позиции противника, сообщаемые ОКР и истребителями из систем хафф-дафф, командиры секторов могли легко направить истребители на перехват противника.
Чтобы помочь в этом процессе, на некоторых истребителях была установлена система, известная как «пип-писк », по крайней мере, по два на секцию (до четырех секций на эскадрилью). Pip-squeak автоматически посылал устойчивый сигнал в течение 14 секунд каждую минуту, давая операторам huff-duff достаточно времени, чтобы отследить сигнал. У него был недостаток в том, что радио самолета зависало во время передачи сигнала радиопеленгации.
Потребность в установках радиопеленгации была настолько острой, что Министерство авиации изначально не могло предоставить номера, запрошенные Хью Даудинг, командующий истребительным командованием Королевских ВВС. В смоделированных боях в 1938 году система была продемонстрирована настолько полезной, что министерство в ответ предоставило системам Беллини-Този обещание, что версии CRT заменят их как можно скорее. Это можно сделать в полевых условиях, просто подключив существующие антенны к новому набору приемников. К 1940 году они были на всех 29 «секторах» истребительного командования и составляли основную часть системы, выигравшей сражение.
Снаряжение "Super Duff" на корабле-музее HMS Belfast. Круговой индикатор обеспечивает прямое считывание относительного пеленга, от которого принимаются сигналы - красные цифры для порта судна, зеленые для правого борта вдоль с сонаром («ASDIC»), разведкой от взлома немецких кодов и радаром, «Хафф-Дафф» был ценным элементом арсенала союзников в обнаружение немецких подводных лодок и торговых рейдеров во время битвы за Атлантику.
Кригсмарине знали, что радиопеленгаторы могут использоваться для определения местоположения своих кораблей в море, когда те корабли передавали сообщения. Следовательно, они разработали систему, которая превращала обычные сообщения в короткие сообщения. Полученный в результате "kurzsignale " затем был закодирован с помощью машины Enigma (для безопасности) и быстро передан. Опытному радисту может потребоваться около 20 секунд, чтобы передать типичное сообщение.
Сначала британская система обнаружения состояла из нескольких береговых станций на Британских островах и в Северной Атлантике, которые координировали свои перехваты для определения локации. Расстояния, необходимые для определения местоположения подводных лодок в Атлантике от береговых станций радиопеленгации, были настолько большими, а точность радиопеленгации была относительно неэффективной, поэтому определения местоположения не были особенно точными. В 1944 году военно-морская разведка разработала новую стратегию, в которой были построены локализованные группы из пяти береговых станций радиопеленгации, чтобы пеленги каждой из пяти станций можно было усреднить для получения более надежного пеленга. Четыре такие группы были созданы в Великобритании: в Ford End в Эссексе, Anstruther в Файфе, Bower в Шотландском нагорье и Goonhavern в Корнуолле. Предполагалось, что другие группы будут созданы в Исландии, Новой Шотландии и Ямайке. Простое усреднение оказалось неэффективным, и позже были использованы статистические методы. Операторов также попросили оценить надежность своих показаний, чтобы плохим и изменчивым показаниям уделялось меньше внимания, чем тем, которые казались стабильными и четко определенными. Некоторые из этих групп радиопеленгации продолжали работать до 1970-х годов как часть Организации композитных сигналов.
Наземные системы использовались из-за серьезных технических проблем, возникающих на судах, в основном из-за воздействия надстройки на волновой фронт поступающие радиосигналы. Однако эти проблемы были преодолены под техническим руководством польского инженера Вацлава Струшинского, работавшего в Управлении связи Адмиралтейства. По мере оснащения кораблей была проведена комплексная серия измерений для определения этих эффектов, и операторам были предоставлены карты для отображения необходимых поправок на различных частотах. К 1942 году доступность электронно-лучевых трубок увеличилась и больше не была ограничением на количество производимых комплектов хафф-даффа. В то же время были введены улучшенные наборы, которые включали в себя непрерывную настройку с моторным приводом, чтобы сканировать вероятные частоты и подавать автоматический сигнал тревоги при обнаружении любой передачи. Операторы могли быстро настроить сигнал до его исчезновения. Эти комплекты устанавливались на эскортах конвоев, что позволяло им фиксировать сигналы подводных лодок, передающих сигналы из-за горизонта, за пределами досягаемости радара. Это позволяло направлять корабли и самолеты охотников-убийц на высокой скорости в направлении подводной лодки, которая могла быть обнаружена радаром, если он все еще был на поверхности, или ASDIC, если он находился под водой.
С августа 1944 года Германия работала над системой Kurier, которая могла передавать весь курцсигнал в пачке не более 454 миллисекунды, что слишком мало для обнаружения, или перехватывались для расшифровки, но к концу войны система не заработала.
Антенна Хафф-Даффа (увеличено) на пакистанском фрегате. Обратите внимание на расположение четырех вертикальных антенн, которые образуют две петли. Основная идея системы хафф-даффа - посылать сигнал от двух антенн в каналы X и Y осциллографа. Обычно канал Y представляет север / юг для наземных станций или, в случае корабля, совпадает с курсом корабля вперед / назад. Таким образом, канал X представляет собой восток / запад или левый / правый борт.
Отклонение пятна на экране осциллографа является прямым показателем мгновенной фазы и силы радиосигнала. Поскольку радиосигналы состоят из волн, сигнал меняется по фазе с очень высокой скоростью. Если рассматривать сигнал, полученный на одном канале, скажем Y, точка будет перемещаться вверх и вниз так быстро, что будет казаться прямой вертикальной линией, идущей на равные расстояния от центра дисплея. Когда добавляется второй канал, настроенный на тот же сигнал, точка будет перемещаться в направлениях X и Y одновременно, в результате чего линия станет диагональной. Однако радиосигнал имеет конечную длину волны, поэтому, когда он проходит через антенные контуры, относительная фаза, которая встречается с каждой частью антенны, изменяется. Это вызывает отклонение линии в эллипс или кривую Лиссажу, в зависимости от относительных фаз. Кривая поворачивается так, чтобы ее большая ось проходила вдоль направления сигнала. В случае сигнала на северо-восток результатом будет эллипс, расположенный вдоль линии под углом 45/225 градусов на дисплее. Поскольку фаза изменяется во время рисования на дисплее, результирующая отображаемая форма включает "размытие", которое необходимо учитывать.
Это оставляет проблему определения того, является ли сигнал северо-восточным или юго-западным, поскольку эллипс имеет одинаковую длину с обеих сторон от центральной точки дисплея. Чтобы решить эту проблему, к этому миксу была добавлена отдельная антенна, «сенсорная антенна». Это была всенаправленная антенна, расположенная на фиксированном расстоянии от контуров примерно на 1/2 длины волны. Когда этот сигнал был подмешан, сигнал в противофазе от этой антенны сильно подавлял бы сигнал, когда фаза направлена в направлении антенны считывания. Этот сигнал был отправлен в канал яркости или ось Z осциллографа, в результате чего дисплей исчезал, когда сигналы были не в фазе. При подключении сенсорной антенны к одной из петель, скажем, к каналу север / юг, отображение будет сильно подавлено, когда оно находится в нижней половине экрана, указывая, что сигнал находится где-то на севере. На данный момент единственным возможным пеленгом является северо-восточный.
Сигналы, принимаемые антеннами, очень малы и имеют высокую частоту, поэтому они сначала индивидуально усиливаются в двух идентичных радиоприемниках. Для этого требуется, 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 будет двигаться не по линии под углом 45 градусов, а, возможно, по линии под углом 30 градусов. Для уравновешивания двух усилителей большинство установок включали "тестовую петлю", которая генерировала известный направленный тестовый сигнал.
Для судовых систем надстройка корабля представляла серьезную причину помех, особенно фазовых, поскольку сигналы двигались вокруг различных металлических препятствий. Чтобы решить эту проблему, судно было поставлено на якорь, в то время как второе судно транслировало тестовый сигнал с расстояния примерно в одну милю, и полученные сигналы были записаны в калибровочный лист. Затем передающий корабль переместится в другое место, и калибровка будет повторена. Калибровка была разной для разных длин волн и направлений; Создание полного набора листов для каждого корабля потребовало значительных усилий.
Военно-морские подразделения, особенно обычный набор HF4, включали вращающуюся пластиковую пластину с линией, «курсором», которая использовалась для измерения угла. Это может быть затруднительно, если концы эллипса не доходят до края дисплея или выходят за его пределы. Это стало просто, если выровнять курсор с пиками на обоих концах. Хеш-метки по обе стороны от курсора позволяли измерять ширину дисплея и использовать это для определения степени размытия.
Дополнительная литература
