방향 찾기

Direction finding
2개의 방향 탐지 안테나(A 및 B)를 이용한 무선 삼각형 조정 방식
스위스 루체른시 인근 안테나 방향 탐지

방향 찾기(DF) 또는 라디오 방향 찾기(RDF)는 전파를 사용하여 전파 소스로의 방향을 결정하는 것입니다.소스는 협력 무선 송신기일 수도 있고 부주의한 소스, 자연적으로 발생하거나 발생하는 무선 소스, 불법 또는 적 시스템일 수도 있습니다.무선 방향 탐지는 어느 한 수신기에 의해서만 방향이 결정된다는 에서 레이더와 다릅니다. 레이더 시스템은 또한 일반적으로 관심 있는 물체와의 거리와 방향을 제공합니다.라디오 소스의 위치는 삼각측량법에 의해 둘 이상의 위치로부터 라디오 소스의 방향을 측정함으로써 결정될 수 있습니다.무선 방향 탐지는 선박과 항공기의 무선 항법, 탐색 구조를 위한 긴급 송신기 위치 찾기, 야생 동물 추적 및 불법 또는 방해 송신기 위치 찾기에 사용됩니다.제2차 세계 대전 동안, 무선 방향 탐지는 항공기, 서핑 선박, 잠수함의 위치를 파악하고 지시하기 위해 양측에 의해 사용되었습니다.

RDF 시스템은 매우 긴 파장(낮은 주파수)이 매우 큰 안테나를 필요로 하지만, 모든 무선 소스와 함께 사용될 수 있으며, 일반적으로 지상 기반 시스템에서만 사용됩니다.그럼에도 불구하고 이 파장들은 수평선 너머로 아주 먼 거리를 이동할 수 있기 때문에 해양 무선 항해에 사용됩니다. 이것은 가시거리가 수십 킬로미터 밖에 되지 않을 때 선박에 유용합니다.지평선이 수백 킬로미터까지 확장될 수 있는 항공 용도의 경우, 훨씬 더 작은 안테나를 사용할 수 있도록 더 높은 주파수를 사용할 수 있습니다.비방향성 비콘 또는 상업용 AM 라디오 방송국이라고 불리는 라디오 비콘에 맞춰 조정할 수 있는 자동 방향 탐지기는 최근까지 대부분의 항공기의 특징이었으나 현재는 단계적으로 폐지되고 있습니다.[1]

군대에서 RDF는 신호 정보의 핵심 도구입니다.적 송신기의 위치를 알아내는 능력은 제1차 세계 대전 이후 귀중한 것이었고, 제2차 세계 대전의 대서양 전투에서 중요한 역할을 했습니다.영국의 첨단 '허프더프' 시스템은 전쟁 중 침몰한 전체 U보트의 24%를 직간접적으로 책임진 것으로 추정됩니다.현대의 시스템은 매우 정확한 결과를 위해 신속한 빔포밍을 가능하게 하기 위해 종종 위상 배열 안테나를 사용했고, 더 큰 전자전 제품군의 일부입니다.

초기의 무선 방향 탐지기들은 신호 세기를 비교하는 기계적으로 회전된 안테나들을 사용했고, 같은 개념의 여러 전자 버전들이 뒤따랐습니다.현대의 시스템은 일반적으로 자동화하기 더 간단한 위상 또는 도플러 기술의 비교를 사용합니다.초기 영국의 레이더 세트는 RDF라고 불렸는데, 이것은 종종 속임수라고 언급됩니다.실제로 체인 홈 시스템은 방향을 결정하기 위해 대형 RDF 수신기를 사용했습니다.이후의 레이더 시스템은 일반적으로 단일 안테나를 방송과 수신에 사용하고 안테나가 향하는 방향으로부터 방향을 결정했습니다.[2]

역사

초기 기계 시스템

미국 표준국의 W.G. 웨이드는 1919년 이 사진에서 RDF를 수행하기 위해 대형 다중 루프 안테나를 사용합니다.이것은 그 시대에 비해 상당히 작은 단위입니다.

RDF의 초기 실험은 1888년 하인리히 헤르츠가 안테나로 사용되는 단선의 방향성을 발견했을 때 수행되었습니다.안테나가 정렬되면 신호를 가리켜 최대 이득이 발생하고, 대면 시에는 0 신호가 발생합니다.이는 신호의 위치가 항상 모호하다는 것을 의미하며, 신호가 안테나의 앞쪽이나 뒤쪽에 있을 경우에도 동일한 출력을 낼 수 있습니다.이후의 실험자들은 또한 쌍극자 안테나를 사용했는데, 이 안테나는 반대의 의미에서 작동하여 직각으로 최대 이득에 도달하고 정렬 시 0에 도달했습니다.기계적으로 스윙하는 루프 또는 다이폴 안테나를 사용하는 RDF 시스템은 20세기로 접어들면서 일반화되었습니다.대표적인 예로는 1902년 존 스톤(John Stone)의 특허(미국 특허 716,134)와 1904년 리 드 포레스트(Lee de Forest)의 특허(미국 특허 771,819)가 있습니다.

1900년대 초, 많은 실험자들은 송신기의 위치를 찾기 위해 이 개념을 사용하는 방법을 찾고 있었습니다.초기의 무선 시스템은 일반적으로 중파장파 신호를 사용했습니다.특히 장파는 지면과의 상호작용이 제한되어 있어 장거리 전송 특성이 좋았으며, 이를 통해 송신기를 직접 가리키는 우수한 원 경로 지상파 전파를 제공하였습니다.장파 신호에서 RDF를 수행하는 방법은 1900년대와 1910년대에 주요 연구 분야였습니다.[3]

안테나는 일반적으로 파장의 상당 부분 이상의 길이를 가지는 경우에만 신호에 민감합니다.대부분의 안테나는 최소한파장1 4, 더 일반적으로 1 2 – 반파 쌍극자는 매우 일반적인 설계입니다.긴파 사용의 경우, 한 면에 수십 피트 길이의 루프 안테나가 생겨났고, 종종 신호를 개선하기 위해 하나 이상의 루프가 함께 연결되었습니다.이 문제에 대한 또 다른 해결책은 1905년 마르코니 회사에 의해 개발되었습니다.이는 공통 중심점에서 바깥쪽을 향하도록 배열된 다수의 수평 와이어 또는 로드로 구성되었습니다.이동 가능한 스위치는 이러한 와이어의 반대 쌍을 연결하여 쌍극자를 형성할 수 있으며, 스위치를 회전시킴으로써 조작자는 가장 강력한 신호를 찾아낼 수 있습니다.[4]미 해군은 함정에 안테나를 장착하고 원을 그리며 항해함으로써 이 문제를 어느 정도 극복했습니다.[5]이러한 시스템은 많은 용도로 사용하기에는 현실적이지 않고 실용적이지 않았습니다.[6]

벨리니토시

이 영국 해군 모델은 전형적인 B-T goniometer입니다.두 세트의 "필드 코일"과 회전하는 "센스 코일"이 보입니다.

1909년 에토레 벨리니(Ettore Bellini)와 알레산드로 토시(Alessandro Tosi)는 RDF 개념의 중요한 개선점을 소개했습니다(미국 특허 943,960).그들의 시스템은 직각으로 배열된 전형적으로 삼각형 고리인 두 개의 안테나를 사용했습니다.안테나로부터의 신호는 대략 팝 크기의 나무 틀에 감긴 코일로 보내졌고, 코일 사이의 영역에서 신호가 다시 만들어졌습니다.그러면 이 지역에 위치한 별도의 루프 안테나를 사용하여 주 안테나를 이동하지 않고 방향을 탐색할 수 있습니다.이것은 RDF를 훨씬 더 실용적으로 만들어 곧 항공기의 라디오 세트에 지상국이 위치한 채로, 종종 이용 가능한 최초의 항공 항법 형태로 광범위한 규모의 항법에 사용되었습니다.벨리니-토시 방향 탐지기는 1920년대부터 1950년대까지 널리 사용되었습니다.

초기의 RDF 시스템은 주로 장파 신호에 유용했습니다.이러한 신호는 매우 먼 거리를 이동할 수 있으므로 장거리 항해에 유용합니다.그러나 동일한 기법을 더 높은 주파수에 적용할 때 전리층에서 나오는 고주파 신호의 반사로 인해 예상치 못한 어려움이 발생했습니다.RDF 스테이션은 이제 둘 이상의 위치에서 동일한 신호를 수신할 수 있으며, 특히 낮 동안에는 위치를 파악하는 데 심각한 문제가 발생했습니다.이것은 1919년 애드콕 안테나(영국 특허 130,490)의 도입으로 이어졌는데, 애드콕 안테나는 2개의 루프 대신 4개의 개별 모노폴 안테나로 구성되어 수평 구성 요소를 제거하여 전리층에서 반사되는 하늘파를 걸러냈습니다.애드콕 안테나는 1920년대부터 벨리니-토시 탐지기에 널리 사용되었습니다.

1931년 미국 육군 항공대는 상업용 방송국을 비콘으로 사용하는 원시적인 무선 나침반을 시험했습니다.[7]

허프더프

박물관 함선 HMS 벨파스트에 탑재된 FH4 "허프-더프"

RDF 기법의 주요한 개선은 로버트 왓슨-와트(Robert Watson-Watt)가 해군과 공군에게 뇌우의 방향을 나타내는 방법으로 번개를 찾기 위한 실험의 일부로 도입했습니다.그는 전통적인 RDF 시스템을 오랫동안 사용해 왔지만, 번개가 치는 순간의 신호와 함께 사용하기는 어려웠습니다.그는 일찍이 이것들을 거의 즉시 보여주기 위해 오실로스코프를 사용할 것을 제안했지만 Met Office에서 일하는 동안 오실로스코프를 찾을 수 없었습니다.사무실이 옮겨졌을 때, 라디오 연구소에 있는 그의 새로운 위치는 그에게 애드콕 안테나와 적절한 오실로스코프를 제공했고, 그는 1926년에 새로운 시스템을 선보였습니다.

이 시스템이 공개적으로 제시되고 영국에서 그 측정치가 널리 보고되었음에도 불구하고, RDF의 예술에 미치는 영향은 이상하게 가라앉은 것으로 보입니다.1930년대 중반까지 개발은 제한적이었는데, 이때 영국군은 이러한 "고주파 방향 찾기", 즉 "허프-더프" 시스템을 광범위하게 개발하고 배치하기 시작했습니다.RDF를 피하기 위해, 독일인들은 훈련된 벨리니-토시 조작자가 방향을 결정하는 데 필요한 60초 미만인 30초 이하의 짧은 메시지를 방송하는 방법을 개발했습니다.그러나, 이것은 초 단위로 합리적인 정확도로 신호를 위치시키는 허프-더프 시스템에는 쓸모가 없었습니다.독일군은 전쟁이 한창일 때까지 이 문제를 인식하지 못했고, 1944년까지 이 문제를 해결하기 위한 어떠한 진지한 조치도 취하지 않았습니다.그때까지 허프더프는 U-보트 함대에 대한 모든 성공적인 공격의 약 4분의 1을 도왔습니다.

전후 체제

제2차 세계 대전 중과 후의 전자 장치의 여러 발전은 신호의 위상을 비교하는 방법을 크게 향상시켰습니다.또한 위상 고정 루프(PLL)를 통해 신호를 쉽게 조정할 수 있어 표류하지 않았습니다.진공관의 개선과 트랜지스터의 도입으로 훨씬 더 높은 주파수를 경제적으로 사용할 수 있게 되었고, 이로 인해 VHF와 UHF 신호가 널리 사용되게 되었습니다.이 모든 변화는 RDF의 새로운 방법으로 이어졌고, RDF는 훨씬 더 널리 사용되었습니다.

특히, 신호의 위상을 비교할 수 있는 능력은 위상 비교 RDF로 이어졌으며, 이는 아마도 오늘날 가장 널리 사용되는 기술일 것입니다.이 시스템에서 루프 안테나는 두 개의 수직 측면에 루프를 감은 단일 사각형 모양의 페라이트 코어로 대체됩니다.루프의 신호는 위상 비교 회로로 보내지며, 위상 비교 회로의 출력 위상은 신호의 방향을 직접 나타냅니다.이것을 어떤 방식의 디스플레이에도 보내고, PLL을 이용해 신호를 잠그면 방송사로 향하는 방향이 지속적으로 표시될 수 있습니다.작동은 스테이션 내의 튜닝만으로 이루어지며, 너무 자동적이어서 이러한 시스템은 일반적으로 자동 방향 탐지기라고 불립니다.

더 많은 정확성이 요구되는 다른 시스템들이 개발되었습니다.의사-도플러 무선 방향 탐지기 시스템은 링에 배열된 일련의 작은 쌍극자 안테나를 사용하고 수신기에 공급할 쌍극자를 빠르게 선택하기 위해 전자 스위칭을 사용합니다.결과적인 신호가 처리되어 오디오 톤이 생성됩니다.해당 오디오 톤의 위상은 안테나 회전과 비교하여 신호의 방향에 따라 달라집니다.도플러 RDF 시스템은 순간 신호의 위치를 위한 허프-더프 시스템을 널리 대체했습니다.

21세기

해상에서의 위치를 파악하기 위한 전파방향 탐지를 위한 다양한 절차는 1999년부터 시행되고 있는 해상안전시스템 GMDSS의 일부가 아닙니다.보조 안테나가 부착된 타격용 크로스 프레임 안테나는 일부 구형 선박의 신호 마스트에서만 볼 수 있는데, 그 이유는 거기에 간섭하지 않고 해체 비용이 너무 많이 들기 때문입니다.

GPS, DGPS, 레이더 및 현재 구식인 Loran C와 같은 최신 측위 방법은 오늘날의 요구에 부정확한 무선 방향 찾기 방법을 가지고 있습니다.

무선 방향 찾기 네트워크도 더 이상 존재하지 않습니다.[8]

장비.

조종석 위에 원형 RDF 에어리얼이 보이는 아멜리아 이어하트록히드 모델 10 일렉트라

무선 방향 탐지기(RDF)는 무선 소스의 방향 또는 방향을 찾기 위한 장치입니다.방향을 측정하는 행위는 라디오 방향 찾기 또는 단순히 방향 찾기(DF)로 알려져 있습니다.상이한 위치들로부터의 둘 이상의 측정들을 이용하여, 알려지지 않은 송신기의 위치를 결정할 수 있고; 또는, 공지된 송신기들의 둘 이상의 측정들을 이용하여, 차량의 위치를 결정할 수도 있습니다.RDF는 특히 보트와 항공기와 함께 무선 항법 시스템으로 널리 사용됩니다.

RDF 시스템은 수신 안테나의 크기가 신호의 파장의 함수임에도 불구하고 무선 소스와 함께 사용될 수 있습니다. 매우 긴 파장(낮은 주파수)은 매우 큰 안테나를 필요로 하며 일반적으로 지상 기반 시스템에서만 사용됩니다.그럼에도 불구하고 이러한 파장은 매우 먼 거리를 이동할 수 있고 "지평선을 넘어" 갈 수 있기 때문에 해양 항해에 매우 유용합니다. 이것은 가시거리가 수십 킬로미터에 불과할 때 선박에 가치가 있습니다.고도에서 지평선이 수백 킬로미터까지 확장될 수 있는 항공기의 경우, 더 높은 주파수를 사용하여 훨씬 더 작은 안테나를 허용할 수 있습니다.자동 방향 탐지기는 종종 상용 AM 라디오 송신기에 맞춰 조정될 수 있으며, 거의 모든 최신 항공기의 특징입니다.

군대에서 RDF 시스템은 신호 지능 시스템 및 방법론의 핵심 구성 요소입니다.적 송신기의 위치를 알아내는 능력은 제1차 세계 대전 이후 귀중한 것이었고, 제2차 세계 대전대서양 전투에서 중요한 역할을 했습니다.영국의 첨단 '허프더프' 시스템은 전쟁 중 침몰한 전체 U보트의 24%를 직간접적으로 책임진 것으로 추정됩니다.[9]현대의 시스템은 매우 정확한 결과를 위해 신속한 빔 형성을 허용하기 위해 종종 위상 배열 안테나를 사용합니다.이것들은 일반적으로 더 넓은 전자전 제품군에 통합됩니다.

전자 분야의 새로운 발전에 따라 여러 세대의 RDF 시스템이 시간이 지남에 따라 사용되어 왔습니다.초기 시스템은 다른 방향에서 신호 강도를 비교하는 기계적으로 회전된 안테나를 사용했고, 같은 개념의 여러 전자 버전이 뒤따랐습니다.현대의 시스템은 일반적으로 자동화하기 더 간단한 위상 또는 도플러 기술의 비교를 사용합니다.현대의 의사 도플러 방향 탐지기 시스템은 원형 카드에 고정된 다수의 작은 안테나로 구성되어 있으며, 모든 처리는 소프트웨어로 수행됩니다.

초기 영국의 레이더 세트는 RDF라고도 불렸는데, 이것은 기만전술이었습니다.그러나 용어는 정확하지 않았습니다. 체인시스템은 별도의 전방향 방송사와 대형 RDF 수신기를 사용하여 대상의 위치를 파악했습니다.[2]

안테나

방향 탐지의 한 유형에서, 지향성 안테나는 다른 방향보다 특정 방향에서 더 민감하게 사용됩니다.많은 안테나 디자인이 이 특성을 나타냅니다.예를 들어 야기 안테나는 상당히 뚜렷한 방향성을 가지고 있기 때문에 최대 신호 레벨을 얻는 방향을 가리키면 송신원을 결정할 수 있습니다.방향 특성이 매우 광범위할 수 있기 때문에, 정밀도를 향상시키기 위해 대형 안테나를 사용할 수도 있고, 각도 분해능을 향상시키기 위해 사용되는 널(null) 기법을 사용할 수도 있습니다.

예인선 돛대 위에 있는 교차 루프 안테나는 방향 탐지 설계입니다.

루프 안테나를 사용한 null 찾기

지향성 안테나의 간단한 형태는 루프 에어리얼입니다.이것은 절연 프레임 위의 개방된 와이어 루프 또는 안테나의 루프 요소 자체를 형성하는 금속 링으로 구성됩니다. 종종 루프의 직경은 목표 주파수에서 파장의 10분의 1이거나 더 작습니다.이러한 안테나는 면에 수직이고 에지온에 도달하는 신호에 가장 민감하지 않습니다.이는 수신된 신호의 위상에 의해 발생합니다.루프의 테두리를 따라 전기적 위상의 차이가 발생하면 루프 양쪽에서 유도되는 전압의 차이가 발생합니다.

신호가 도달하는 위상이 전체 림을 따라 동일하도록 루프의 평면을 "대면"으로 돌리면 루프에 전류 흐름이 유도되지 않습니다.따라서 안테나를 돌려 원하는 신호를 최소화하는 것만으로도 전파가 도달할 수 있는 두 가지 가능한 방향(앞과 뒤)을 설정할 수 있습니다.이를 신호에서 널(null)이라고 하며, 가장 강한 신호 방향 대신에 사용됩니다. 왜냐하면 널 위치에서 벗어난 루프 에어리얼의 작은 각도 편향은 루프의 가장 강한 신호 방향 주위의 유사한 방향 변화보다 수신 전류의 급격한 변화를 훨씬 더 많이 발생시키기 때문입니다.Null 방향은 신호 방향을 더 명확하게 나타내므로(null은 최대값보다 "날카름") 루프 에어리얼로 신호 소스를 찾을 때 Null 방향을 사용합니다.

두 방향의 가능성을 해결하기 위해 "감지 안테나"가 사용됩니다. 감지 안테나는 루프 에어리얼과 동일한 감도를 갖도록 구성된 비방향성 안테나입니다.루프 신호가 회전할 때 감지 에어리얼의 정상 신호를 루프 신호의 교류 신호에 더함으로써, 이제 루프가 전류가 0인 360° 회전할 때의 위치는 하나뿐입니다.위상 기준점으로 작용하여 정확한 널 포인트를 식별할 수 있으므로 180° 모호성이 제거됩니다.다이폴 안테나는 작은 루프와 유사한 특성을 갖지만 Null 방향이 "날카로운" 것은 아닙니다.

높은 주파수를 위한 야기 안테나

야기-우다 안테나는 일반적인 VHF 또는 UHF 텔레비전 에어리얼로 친숙합니다.야기 안테나는 "반사경" 및 "디렉터" 쌍극자 요소를 포함하는 여러 쌍극자 요소를 사용합니다."반사경"은 가장 긴 쌍극자 소자이며 뒤에서 오는 거의 모든 신호를 차단하므로 야기는 앞과 뒤의 방향 모호성이 없습니다.최대 신호는 야기의 가장 좁은 끝이 전파가 도달하는 방향을 향할 때만 발생합니다.충분한 수의 더 짧은 "디렉터" 요소가 있으면 야기의 최대 방향은 작은 고리의 널의 선명도에 접근할 수 있습니다.[citation needed]

극도로 높은 주파수를 위한 포물선 안테나

밀리미터파마이크로파와 같은 훨씬 더 높은 주파수의 경우에도 포물선 안테나 또는 "디쉬" 안테나를 사용할 수 있습니다.접시 안테나는 매우 좁은 각도에서 수신된 신호를 포물선의 초점에 장착된 작은 수신 소자로 유도하는 포물선 모양으로 지향성이 높습니다.

2개 안테나 신호의 전자적 분석

위상 배열과 같은 보다 정교한 기술은 일반적으로 매우 정확한 방향 탐지 시스템에 사용됩니다.현대 시스템은 예전 신호 지능(SIGINT)에 사용되는 둘 이상의 일치된 기준 안테나의 수신 신호의 차이를 비교하여 방향을 측정하는 데 사용되는 WW II 방향 회로에 비유하여 goniometer라고 불립니다.현대적인 헬리콥터 탑재 방향 탐지 시스템은 일찍이 1972년 미국 정부를 위해 ESL Corporation에 의해 설계되었습니다.

도달 기법의 시간차는 두 개 이상의 서로 다른 안테나에서의 전파의 도달 시간을 비교하고 이 타이밍 정보로부터 도달 방향을 추론합니다.이 방법은 다중 채널 수신기 시스템에 공급되는 기계적으로 단순한 움직이지 않는 무지향성 안테나 요소를 사용할 수 있습니다.

이 B-17F의 RDF 안테나는 코 밑의 눈에 띄는 눈물방울 하우징에 위치합니다.

작동

제2차 세계 대전 미국 해군 고주파 무선 방향 탐지기

무선 방향 탐지의 한 형태는 다른 방향을 가리키는 지향성 안테나의 신호 세기를 비교함으로써 작동합니다.처음에 이 시스템은 지상 및 해양 기반 무선 운영자들에 의해 사용되었으며, 도 표시기와 연결된 간단한 회전 가능한 루프 안테나를 사용했습니다.이 시스템은 나중에 배와 항공기 모두에 채택되었고, 1930년대와 1940년대에 널리 사용되었습니다.제2차 세계대전 이전 항공기에서 RDF 안테나는 동체 위 또는 아래에 장착된 원형 루프로 식별하기 쉽습니다.나중의 루프 안테나 디자인은 공기역학적이고 눈물방울 모양의 페어링으로 둘러싸였습니다.선박과 소형 보트에서 RDF 수신기는 항공기와 유사한 대형 금속 루프 안테나를 처음 사용했지만 보통 휴대용 배터리로 구동되는 수신기 위에 장착됩니다.

사용 시 RDF 연산자는 먼저 수신기를 정확한 주파수로 조정한 다음 수동으로 루프를 돌려 장파(LW) 또는 중파(AM) 방송 비콘 또는 스테이션(null 청취가 lis보다 용이함)의 널(null, 주어진 신호가 가장 약한 방향)의 방향을 결정합니다.피크 신호에 대한 조임(tening)을 수행하며, 일반적으로 보다 정확한 결과를 생성합니다).이 널은 대칭이었고, 따라서 라디오의 나침반 장미에 표시된 정확한 정도 표제와 180도 반대를 식별했습니다.이 정보가 역에서 배 또는 항공기까지 기준선을 제공했지만, 항해사는 180도의 항로를 잘못된 방향으로 계획하는 것을 피하기 위해 역의 동쪽 또는 서쪽에 있는지를 미리 알아야 했습니다.항해사는 두 개 이상의 방송국에 베어링을 가져가서 교차하는 베어링을 배치함으로써 자신의 선박이나 항공기의 상대적 위치를 파악할 수 있었습니다.

나중에, RDF 세트에는 회전 가능한 페라이트 루프스틱 안테나가 장착되어 있어서 세트를 더 휴대성이 좋고 부피가 덜 커졌습니다.일부는 나중에 부분적으로 모터드 안테나(ADF)에 의해 자동화되었습니다.핵심적인 돌파구는 정확한 베어링을 확인하고 네비게이터가 실제 방향의 180도 반대 방향으로 베어링을 배치하는 것을 방지할 수 있는 보조 수직 채찍 또는 '감지' 안테나의 도입이었습니다.감지 안테나를 사용한 미국 해군 RDF 모델 SE 995는 제1차 세계 대전 중에 사용되었습니다.[10] 제2차 세계 대전 후, 아펠코, 아쿠아 가이드, 벤딕스, 글래딩(그리고 그 해양 부서인 피어스-심슨), 레이 제퍼슨, 레이시온, 스페리를 포함한 많은 크고 작은 회사들이 항해사들을 위한 방향 찾기 장비를 만들고 있었습니다.1960년대까지 이 라디오들 중 많은 것들이 파나소닉, 후지온쿄, 코덴 전자와 같은 일본의 전자제품 제조업체들에 의해 실제로 만들어졌습니다.항공기 장비에서 벤딕스와 스페리랜드는 RDF 라디오와 내비게이션 장비의 두 대 제조업체였습니다.

단채널 DF

단일 채널 DF는 단일 채널 라디오 수신기와 함께 다중 안테나 어레이를 사용합니다.DF에 대한 이러한 접근 방식은 몇 가지 장점과 단점을 제공합니다.수신기를 하나만 사용하기 때문에 이동성과 낮은 전력 소비가 장점입니다.각각의 안테나를 동시에 볼 수 있는 기능이 없다면 (한 개가 여러 개의 수신기를 사용하는 경우에는 N-채널 DF라고도 함) 수신기에 신호를 전달하기 위해 안테나에서 더 복잡한 동작이 발생해야 합니다.

단일 채널 DF 알고리즘은 진폭 비교위상 비교 두 가지 주요 범주에 속합니다.어떤 알고리즘들은 그 둘의 하이브리드가 될 수 있습니다.

의사 도플러 DF 기법

의사-도플러 기법은 원형 배열의 요소들을 중심으로 샘플링하여 신호에 유도된 도플러 쉬프트를 측정함으로써 수신된 신호에 대한 베어링 추정치를 생성하는 위상 기반 DF 기법.기존 방식은 물리적으로 원형으로 움직이는 단일 안테나를 사용했지만, 현대 방식은 각각의 안테나가 연속적으로 샘플링된 다중 안테나 원형 배열을 사용합니다.

Watson-Watt 또는 Adcock-Antenna 배열

Watson-Watt 기법은 두 개의 안테나 쌍을 사용하여 수신 신호에 대한 진폭 비교를 수행합니다.일반적인 왓슨-와트 방법은 수평면에서 두 개의 직교 코일(자기 쌍극자) 배열을 사용하며, 180° 모호성을 해결하기 위해 종종 전방향 수직 편광 전기 쌍극자로 완성됩니다.

애드콕 안테나 어레이는 한 쌍의 모노폴 안테나 또는 다이폴 안테나를 사용하여 각 안테나에서 수신된 신호의 벡터 차이를 가져감으로써 각 안테나 쌍에서 하나의 출력만 있습니다.이 두 쌍은 같은 위치에 있지만 수직 방향으로 배치되어 N-S(북-남) 및 E-W(동-서) 신호를 생성하고 수신기로 전달됩니다.그런 다음 수신기에서 베어링 각도는 N-S 대 E-W 신호 비율의 아크탄젠트를 사용하여 계산할 수 있습니다.

상관 간섭계

상관 간섭계의 기본 원리는 측정된 위상 차이와 알려진 파동 각도(기준 데이터 세트)에서 알려진 구성의 DF 안테나 시스템에 대해 획득된 위상 차이를 비교하는 것입니다.이를 위해, (전방향 수신 특성을 갖는) 적어도 3개의 안테나 엘리먼트들은 비-공선 베이스를 형성해야 합니다.기준 데이터 세트의 서로 다른 방위각 및 고도 값에 대해 비교합니다.베어링 결과는 상관 계수가 최대인 상관 및 확률적 평가에서 얻어집니다.방향 탐지 안테나 요소가 방향성 안테나 패턴을 갖는 경우 진폭이 비교에 포함될 수 있습니다.

일반적으로 상관 간섭계 DF 시스템은 5개 이상의 안테나 요소로 구성됩니다.이들은 특정 스위칭 매트릭스를 통해 차례로 스캔됩니다.다채널 DF 시스템에서 n개의 안테나 요소는 m개의 수신기 채널과 결합되어 DF-시스템 성능을 향상시킵니다.

적용들

무선항법

휴대용 배터리 구동 GT-302 해상용 어큐매틱 자동 방향 탐지기

무선 방향 탐지기, 무선 방향 탐지기, 또는 RDF는 한때 주요 항공 항법 보조 수단이었습니다. (Range and Direction Finding레이더의 전신을 설명하는 데 사용된 약어였습니다.)[2]비콘은 "항공로" 교차로를 표시하고 출발 및 접근 절차를 정의하는 데 사용되었습니다.전송되는 신호에는 베어링이나 거리에 대한 정보가 없기 때문에 이러한 비콘은 항공 세계에서는 비방향성 비콘(non-directional beacons), 즉 NDB라고 합니다.1950년대부터 이러한 비콘은 일반적으로 신호 자체로부터 항법 보조 장치에 대한 베어링을 측정하는 VOR 시스템으로 대체되었습니다. 따라서 움직이는 부품이 있는 특수 안테나가 필요하지 않습니다.상대적으로 낮은 구매, 유지 및 교정 비용으로 인해 NDB는 여전히 소형 비행장과 중요한 헬리콥터 착륙 지점의 위치를 표시하는 데 사용됩니다.

해안 지역에 위치한 유사한 비콘은 해상 전파 항법에도 사용되는데, 거의 모든 선박에 방향 탐지기(Applyard 1988)가 장착되어 있었기 때문입니다.선박들이 GPS 항법을 위해 RDF를 통한 항법을 포기함에 따라 해상 무선 항법 비콘은 현재(2008년) 거의 활성화되어 있지 않습니다.

영국에서는 조난을 당했거나 어려움을 겪고 있는 항공기 조종사에게 121.5 MHz와 243.0 MHz의 무선 방향 탐지 서비스를 제공합니다.이 서비스는 민간 및 군사 공항과 특정 HM 해안 경비대 방송국에 위치한 다수의 라디오 DF 유닛을 기반으로 합니다.[11]이 방송국들은 항공기의 "수리"를 얻어 조종사에게 무선으로 전송할 수 있습니다.

해상 및 항공기 항법

콜스터 라디오 나침반의 역사적인 광고
R-5/ARN7 라디오 컴퍼스 구성요소, 라디오 컨트롤 박스(왼쪽), 인디케이터(가운데), 라디오 컴퍼스 유닛(오른쪽)

항공 및 해상 항해를 위한 무선 송신기는 비콘(beacon)으로 알려져 있으며 등대에 해당하는 무선입니다.송신기는 스테이션 및 스테이션의 작동 상태를 확인하는 데 사용되는 스테이션 식별자를 포함하는 장파(150–400kHz) 또는 중파(520–1720kHz) 주파수로 모스 부호 전송을 전송합니다.이러한 무선 신호는 낮 동안 모든 방향(전방향)으로 방송되기 때문에, 신호 자체에는 방향 정보가 포함되어 있지 않으며, 따라서 이러한 비콘은 비방향성 비콘(non-directional beacon), 즉 NDB라고 합니다.

상용 중파 방송 대역은 대부분의 RDF 장치의 주파수 성능 내에 있기 때문에, 이러한 스테이션과 그 송신기는 항법 수정을 위해 사용될 수도 있습니다.이러한 상업용 라디오 방송국들은 전력이 높고 주요 도시들 근처에 위치하기 때문에 유용할 수 있지만, 방송국의 위치와 송신기 사이에는 몇 마일의 거리가 있을 수 있으며, 이는 방송 도시에 접근할 때 '수정'의 정확성을 떨어뜨릴 수 있습니다.두 번째 요인은 일부 AM 라디오 방송국이 낮에는 전방위적이고, 밤에는 전력이 감소된 지향성 신호로 전환된다는 것입니다.

RDF는 한때 항공기와 해상 항해의 주요 형태였습니다.일련의 비콘들은 공항에서 공항으로 "비행로"를 형성했고, 해상 NDB와 상업 AM 방송국들은 상륙에 접근하는 소형 수상기에 항해 지원을 제공했습니다.미국에서 상업용 AM 라디오 방송국은 조종사와 선원들이 항해를 보조하기 위해 한 시간에 한 번씩 방송국 식별자를 방송해야 했습니다.1950년대에, 항공 NDB는 신호 자체에서 비콘으로 향하는 방향을 추출할 수 있는 VOR 시스템에 의해 증강되었고, 따라서 비방향성 비콘과 구별됩니다.해양 NDB의 사용은 1970년대 LORAN의 개발에 의해 북미에서 대체되었습니다.

오늘날 많은 NDB들은 더 빠르고 훨씬 정확한 GPS 네비게이션 시스템을 위해 해체되었습니다.그러나 ADF 및 RDF 시스템의 저렴한 비용과 AM 방송국(북미 이외의 국가에서도 항법 비콘)의 지속적인 존재로 인해 이러한 장치는 GPS의 보조 장치 또는 백업 장치로서 주로 소형 보트에서 사용할 수 있게 되었습니다.

불법, 비밀 또는 적대적 송신기 위치 – SIGINT

면허가 없는 아마추어 무선 송신기를 찾기 위한 1927년 영국 우체국 RDF로리.또한 피드백으로 인해 간섭 신호를 방사하는 재생 수신기를 찾는 데도 사용되었는데, 이는 당시의 큰 문제였습니다.

제2차 세계 대전 당시 영국의 비밀 송신기를 방향 탐지를 통해 식별하는 데 상당한 노력을 기울였습니다.이 작업은 무선보안국(RSS 또한 MI8)이 맡았습니다.처음에 3개의 U Adcock HF DF 방송국이 1939년에 General Post Office에 의해 설립되었습니다.선전포고와 함께 MI5RSS는 이것을 더 큰 네트워크로 발전시켰습니다.영국 크기의 지역에 대한 커버리지를 제공할 때의 문제점 중 하나는 대기 상층의 이온화된 층으로부터 반사된 전파 신호를 수신하기 위해 전체 지역을 커버할 수 있는 충분한 DF 스테이션을 설치하는 것이었습니다.확장된 네트워크에도 불구하고, 일부 지역은 적절히 커버되지 않았고, 이러한 이유로 최대 1700명의 자발적인 요격기(무선 아마추어)를 모집하여 지상파에 의한 불법 전송을 탐지했습니다.RSS는 고정 방송국 외에도 영국 전역에서 이동식 DF 차량을 운행했습니다.만약 송신기가 고정된 DF 스테이션이나 자발적인 요격기에 의해 식별되면, 이동식 유닛은 송신기에 집으로 보내집니다.이동식 장치는 HF 애드콕 시스템이었습니다.

1941년까지 영국에서 확인된 불법 송신기는 몇 개에 불과했습니다. 이들은 MI5의 통제 하에 "돌려진" 독일 요원들이었습니다.유럽의 점령국과 중립국에 있는 독일 요원들로부터 많은 불법적인 전송이 기록되었습니다.이 트래픽은 정보의 귀중한 원천이 되었고, RSS의 통제는 이후 영국 밖에서 발생한 비밀 정보를 담당하는 MI6에게 넘어갔습니다.방향 탐지 및 요격 작전은 1945년까지 그 규모와 중요성이 증대되었습니다.

HF 애드콕 방송국은 수신기가 들어있는 작은 나무 작업자 오두막과 베어링을 얻기 위해 조정된 라디오 거리계를 둘러싼 4개의 10m 수직 안테나로 구성되었습니다.또한 MF 스테이션은 4개의 가이드 30 m 격자탑 안테나를 사용했습니다.1941년, RSS는 Marconi 회사와 영국 National Physical Laboratories에 의해 개발된 이격 루프 방향 탐지기로 실험을 시작했습니다.이것들은 회전 가능한 3~8m 빔의 끝에 1~2m 정사각형의 두 개의 평행 루프로 구성되었습니다.빔의 각도는 방사선 측정기의 결과와 결합되어 베어링을 제공했습니다.얻은 베어링은 U Adcock 시스템에서 얻은 베어링보다 상당히 날카로웠지만, 7개의 제안된 S를 설치하지 못하게 하는 모호성이 있었습니다.LDF 시스템.SL 시스템 운영자는 안테나 아래에 있는 금속 지하 탱크에 있었습니다.7개의 지하 탱크가 설치되었지만, 2개의 SL 시스템만이 요크셔의 와이몬드, 노퍽, 위버토프에 설치되었습니다.나머지 5개의 지하 탱크에 애드콕 시스템이 장착되는 문제가 발생했습니다.회전 SL 안테나는 손으로 돌렸는데, 이는 연속적인 측정이 고니오미터의 다이얼을 돌리는 것보다 훨씬 느리다는 것을 의미합니다.

또 다른 실험적인 공간 순환 기지는 1942년 애버딘 근처에 반지하 콘크리트 벙커와 함께 공군성을 위해 지어졌습니다.이것 역시 운영상의 어려움으로 인해 포기되었습니다.1944년까지 디데이의 노르망디 침공 이후 프랑스의 RSS에 의해 사용된 이동형 버전의 이격 루프가 개발되었습니다.

미군은 제2차 세계 대전에서 "DAB"라고 불리는 이격 루프 DF의 해안 기반 버전을 사용했습니다.루프는 빔의 끝에 배치되었으며, 모든 루프는 빔의 중앙에 음극선 튜브 디스플레이가 있고 모든 것이 중심축에 지지되는 대형 캐비닛의 전자 제품과 함께 나무 오두막 안에 위치했습니다.빔은 조작자가 수동으로 회전했습니다.

영국 해군은 1944년에 북대서양에서 U-보트를 추적하기 위해 해안에 기반을 둔 HFDF 기지에 변형을 도입했습니다.그들은 DF 스테이션 다섯 개를 그룹화하여 그룹 내의 개별 스테이션에서 베어링을 결합하고 평균을 취할 수 있도록 했습니다.스코틀랜드 하이랜드의 포드 엔드, 에섹스, 군하번, 콘월, 앤스트러더, 바우어매든에서 네 개의 그러한 그룹이 영국에서 만들어졌습니다.그룹들은 아이슬란드, 노바스코샤 그리고 자메이카에서도 만들어졌습니다.예상된 개선 사항은 실현되지 않았지만 나중에 통계 작업을 통해 시스템이 개선되었고 냉전 기간 동안에도 쿤하버와 포드 엔드 그룹이 계속 사용되었습니다.영국 해군은 또한 독일 잠수함의 위치를 찾기 위해 대잠전 임무를 맡은 선박에 방향 탐지 장비를 배치했습니다. 예를 들어, 함장급 호위함에는 중주파 방향 탐지 안테나(MF/DF)와 고주파 방향 탐지 안테나(HF/DF)가 장착되었습니다."Huffduff") 타입 FH 4 안테나 (안테나는 메인 마스트 위에 장착됨)[12]

제2차 세계 대전 무선 방향 탐지에 대한 포괄적인 참고 문헌은 한슬로프 공원의 RSS 공학부 책임자인 Roland Keen에 의해 작성되었습니다.여기에 언급된 DF 시스템은 그의 1947년 저서 무선 방향 찾기에서 상세히 설명되어 있습니다.[13]

제2차 세계 대전이 끝나갈 무렵, 영국 SIGINT 조직인 GCHQ의 통제하에 수많은 RSS DF 방송국들이 냉전 속으로 계속 운영되었습니다.

현재(2009년) 영국 내에서 대부분의 방향 찾기 노력은 허가받지 않은 "해적" FM 방송 라디오 송신기를 찾는 것을 목표로 하고 있습니다.원격으로 작동하는 VHF 방향 탐지기 네트워크는 주로 주요 도시 주변에 위치해 있습니다.휴대 전화 단말기로부터의 송신들은 또한 주변의 로컬 "셀" 수신기들에서의 비교 신호 세기를 사용하여 방향을 찾는 형태에 의해 위치합니다.이 기법은 종종 영국 형사 기소에서 증거로 제공되며, 거의 확실하게 SIGINT 목적으로 제공됩니다.[14]

긴급구호

비상 위치 표시 구조용 비콘은 민간 항공기와 선박에 널리 배치됩니다.역사적으로 비상 위치 송신기들은 신호음을 보낼 뿐이었고 비콘을 찾기 위해 검색기에 의한 방향 탐지에 의존했습니다.현대의 비상 비콘은 송신기의 정확한 위치를 찾는데 도움을 줄 수 있는 GPS 위치 정보를 포함할 수 있는 고유한 식별 신호를 전송합니다.

눈사태 송수신기는 표준 457kHz에서 작동하며 눈사태로 매몰된 사람과 장비를 찾는 데 도움이 되도록 설계되었습니다.비콘의 전력이 매우 낮기 때문에 무선 신호의 방향성은 작은 스케일 전계 효과에[15] 의해 지배되고 위치를 찾기가 상당히 복잡할 수 있습니다.

야생동물 추적

삼각측량법에 의한 무선 태그 부착 동물의 위치는 동물의 움직임을 연구하기 위해 널리 적용되는 연구 기법입니다.이 기술은 라디오 송신기배터리가 야생동물에 부착될 수 있을 정도로 작아졌던 1960년대 초에 처음 사용되었고, 현재 다양한 야생동물 연구를 위해 널리 사용되고 있습니다.무선 송신 장치가 부착된 야생 동물의 추적은 대부분 현장 연구원이 휴대용 무선 방향 탐지 장치를 이용하여 수행합니다.연구자가 특정 동물의 위치를 찾고자 할 때, 여러 위치에서 송신기로 향하는 방향을 결정함으로써 동물의 위치를 삼각측량할 수 있습니다.

정찰

단계적 배열 및 기타 고급 안테나 기술로켓 시스템의 발사 및 그에 따른 궤도를 추적하기 위해 사용됩니다.이 시스템들은 방어 목적으로 사용될 수 있고 또한 다른 나라에 속한 미사일들의 운용에 대한 정보를 얻기 위해 사용될 수 있습니다.이와 같은 기술은 종래의 항공기의 탐지 및 추적에 사용됩니다.

천문학

지구 기반 수신기는 먼 별이나 이온화된 가스가 있는 지역에서 나오는 무선 신호를 감지할 수 있습니다.전파 망원경의 수신기는 자연적으로 발생하는 전파원의 일반적인 방향을 감지할 수 있으며, 때로는 광학 망원경으로 볼 수 있는 물체와 위치를 상관시킵니다.지구의 다른 장소에 있는 두 개의 전파 망원경 또는 태양 주위를 도는 지구 궤도의 다른 시간에 있는 동일한 망원경에 의해 전파 충동이 도달하는 시간을 정확하게 측정하는 것은 또한 전파 물체까지의 거리를 추정할 수 있게 할 수도 있습니다.


스포츠

무선 방향 찾기 기술을 사용하여 알려지지 않은 위치에서 송신기를 찾는 것과 관련된 단체와 단체가 주최하는 행사는 제2차 세계 대전이 끝난 이후 인기가 있었습니다.[16]이러한 행사의 대부분은 재난 대응민방위 목적으로 전파 방향 탐지 기술을 사용하거나 전파 간섭의 원인을 찾는 연습을 하기 위해 처음에 추진되었습니다.세계적으로 이 스포츠의 가장 인기 있는 형태는 아마추어 라디오 방향 찾기 또는 그것의 국제적인 축약인 ARDF로 알려져 있습니다. "송신기 사냥", "이동식 T-헌팅" 또는 "여우 사냥"으로 알려진 활동의 또 다른 형태는 대도시의 대도시 지역과 같은 더 넓은 지리적 지역에서 일어납니다.그리고 대부분의 참가자들은 무선 방향 탐지 기술을 가진 하나 이상의 무선 송신기를 찾으려 시도하는 동안 자동차를 타고 이동합니다.


무선방향탐지소선택

마이크로파 주파수에서 방향 찾기

이러한 더 높은 주파수에서 동작하는 송신기의 수가 증가함에 따라, 마이크로파 주파수에 대한 DF 기법은 1940년대에 개발되었습니다.이것은 DF 시스템을 위한 새로운 안테나와 수신기의 설계를 요구했습니다.

해군 시스템에서 DF 기능은 ESM(Electronic Support Measures Suite)의 일부가 되었고,[17]: 6 [18]: 126 [19]: 70 여기서 얻은 방향 정보는 다른 신호 식별 프로세스를 증강시킵니다.항공기에서 DF 시스템은 레이더 경고 수신기(RWR)에 대한 추가 정보를 제공합니다.

시간이 지남에 따라, 저요격 가능성 레이더 및 은밀한 데이터 링크와 같은 일부 운영자가 사용하는 회피 전술에 대응하기 위해 마이크로파 DF 시스템의 성능을 개선할 필요가 있게 되었습니다.

마이크로파 발달의 간략한 이력

세기 초기에 진공관(열이온 밸브)은 송신기와 수신기에 광범위하게 사용되었으나, 그들의 고주파 성능은 전송 시간 효과에 의해 제한되었습니다.[20]: 192 [21]: 394 [22]: 206 EF50에서 사용되는 프레임 그리드 구축과 평면 구축과 같이 [23]납 길이를 줄이기 위한 특수 공정을 사용하더라도 UHF 이상에서 작동할 수 있는 튜브는 거의 없습니다.[20]: 192

1930년대에 특히 공동 마그네트론[24][20]: 201 [20]: 347 이동파관(TWT)을 포함하는 마이크로파 대역을 위한 송신관을 개발하기 위해 집중적인 연구 작업이 이루어졌습니다.[20]: 241 [24]: 48 이러한 관의 성공적인 개발에 이어, 이후 10년 동안 대규모 생산이 이루어졌습니다.

전자레인지 작동의 장점

마이크로파 신호는 파장이 짧아서 RF 시스템과 비교했을 때 목표 분해능이 크게 향상됩니다.이를 통해 여러 대상을 보다 잘 식별할 수 있으며 방향 정확도도 향상됩니다.[25]또한 안테나는 크기가 작아서 콤팩트한 배열로 조립할 수 있으며, 또한 레이더와 데이터 링크가 선호하는 높은 이득을 좁은 빔에 제공할 수 있는 잘 정의된 빔 패턴을 달성할 수 있습니다.

새로 사용할 수 있는 마이크로파 대역의 다른 장점은 페이딩(흔히 단파 라디오(SW))이 없고 신호 스펙트럼이 이미 사용 중인 혼잡 RF 대역에 비해 크게 증가했다는 것입니다.더 많은 신호를 수용할 수 있을 뿐만 아니라, 스펙트럼 확산(Spread)과 주파수 호핑(Hoppread spectrum과 주파수 호핑 기술을 사용할 수 있게 되었습니다.

전자레인지 기술이 자리를 잡자 군용 및 상업용 사용자들에 의해 밴드로의 급속한 확장이 이루어졌습니다.

DF용 안테나

DF용 안테나는 좁은 빔과 높은 이득을 가지는 안테나가 일반적으로 장점인 레이더 또는 통신 링크의 안테나와 다른 요구사항을 충족해야 합니다.그러나 방향 탐지를 수행할 때 소스의 베어링을 알 수 없을 수 있으므로 안테나 보어사이트 게인이 더 낮더라도 빔폭이 넓은 안테나를 선택하는 것이 일반적입니다.게다가 안테나는 넓은 주파수 대역을 커버하도록 요구됩니다.

그림은 수평면에서 일반적인 안테나 이득 특성의 정규화된 극 플롯을 보여줍니다.메인 빔의 반출력 빔폭은 2 × ψ. 바람직하게 방향 찾기를 위해 진폭 비교 방법을 사용할 때 메인 로브는 가우시안 특성에 근사해야 합니다.그림에서 사이드 로브의 존재도 보여주지만, 안테나가 DF 어레이에서 사용될 때는 이러한 문제가 크게 발생하지 않습니다.

일반적으로 안테나의 보어사이트 이득은 빔 폭과 관련이 있습니다.[26]: 257 사각뿔의 경우 게인 ≈ 30000/BW.BWv, 여기서 BWh 및 BW는v 각각 도 단위로 수평 및 수직 안테나 빔폭입니다.원형 조리개의 경우 빔폭 BW로 게인 ≈ 30000/BW입니다.

DF에 인기 있는 두 가지 안테나 유형은 공동 지원 나선형과 혼 안테나입니다.

나선형 안테나는 매우 넓은 대역폭을 가질 수 있으며 공칭 반출력 빔폭이 약 70dg이므로 4, 5, 6개의 안테나를 포함하는 안테나 어레이에 매우 적합합니다.[18]: 41

좁은 빔 을 필요로 하는 더 큰 어레이의 경우, 경적을 사용할 수 있습니다.경적 안테나의 대역폭은 이중 능선 도파관 피드를[28][18]: 72 사용하고 내부 능선이 있는 경적을 사용하여 증가할 수 있습니다.[29]: 267 [30]: 181

전자레인지 수신기

얼리 리시버

초기의 마이크로파 수신기들은 보통 단순한 "크리스탈 비디오" 수신기들이었고,[31]: 169 [18]: 172 [32] 이것은 동적 범위를 확장하기 위해 수정 검출기와 압축 특성을 가진 비디오 증폭기를 사용했습니다.그런 수신기는 광대역이었지만 그다지 민감하지는 않았습니다.그러나 이러한 민감도 부족은 DF 수신기가 누리는 "거리 우위"(아래 참조) 때문에 용인될 수 있습니다.

클라이스트론 및 TWT 프리앰프

클라이스트론과 TWT는 선형 장치이므로 원칙적으로 수신기 전단 증폭기로 사용될 수 있습니다.그러나 클라이스트론은 협대역 장치로 매우 잡음이[21]: 392 심하고 TWT는 잠재적으로 더 적합하지만 [21]: 548 매칭 특성이 좋지 않고 벌크가 커서 안테나당 전단 증폭기를 사용하는 다중 채널 시스템에 적합하지 않았습니다.그러나, 단일 TWT 전단 증폭기가 안테나 어레이로부터 신호를 선택적으로 선택하는 시스템이 입증되었습니다.[33]

트랜지스터 전단 증폭기

마이크로파 주파수에 적합한 트랜지스터는 1950년대 말에 사용할 수 있게 되었습니다.그 중 첫 번째는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)였습니다.다른 것들은 예를 들어, 금속-반도체 전계 효과 트랜지스터와 높은 전자 이동성 트랜지스터(HEMT)를 뒤따랐습니다.처음에는 분리형 트랜지스터가 스트립라인 또는 마이크로스트립 회로에 내장되었지만 마이크로파 집적 회로가 그 뒤를 이었습니다.이 새로운 장치로 저소음 수신기 프리앰프가 가능해졌고, 이로 인해 DF 시스템의 감도가 크게 향상되었고, 따라서 감지 범위도 크게 증가했습니다.

레인지 어드밴티지

출처:[34]

DF 수신기는 레이더 수신기보다 탐지 범위 우위에 있습니다[35].이는 레이더 송신으로 인한 DF 수신기의 신호 강도가 1/R에 비례하는 반면 반사 리턴으로 인한 레이더 수신기의 신호 강도는 σ/R에 비례하기 때문이며, 여기서 R은 범위이고 σ는 DF 시스템의 레이더 단면입니다.따라서 레이더 수신기의 신호 강도가 DF 수신기의 신호 강도보다 매우 작습니다.결과적으로, 민감도가 좋지 않음에도 불구하고, 간단한 크리스탈 비디오 DF 수신기는 일반적으로 레이더의 신호 전송을 레이더의 수신기가 DF 시스템의 존재를 감지할 수 있는 범위보다 더 큰 범위에서 감지할 수 있습니다.[18]: 8

실제로, 안테나 이득의 비율(일반적으로 레이더 및 ESM의 경우 각각 36dB 및 10dB)과 수신기의 처리 이득을 높이기 위해 레이더에 의한 처프 압축과 같은 확산 스펙트럼 기술의 사용으로 이점이 감소됩니다.반면에, DF 시스템은 민감한 저소음 수신기를 사용하고, 스텔스 항공기스텔스 선박[29]: 292 같이 레이더 단면을 줄이기 위해 스텔스 기술을 사용함으로써 어느 정도의 이점을 되찾을 수 있습니다.

DF 시스템에 대한 새로운 요구사항

마이크로파 주파수로의 이동은 DF 시스템의 요구 사항에 대한 재평가를 의미했습니다.[37]이제 수신기는 측정을 수행할 연속적인 신호 스트림에 더 이상 의존할 수 없게 되었습니다.좁은 빔을 가진 레이더는 DF 시스템의 안테나만 드물게 비춥니다.또한 탐지를 피하고 싶은 일부 레이더(밀수선, 적대적인 선박 및 미사일)는 드물게 또는 종종 저전력으로 신호를 방사합니다.[38]이러한 시스템을 저요격 레이더라고 합니다.[39][40]마이크로파 링크와 같은 다른 응용 프로그램에서는 송신기의 안테나가 DF 수신기를 전혀 가리키지 않을 수 있으므로 안테나 측 로브에서 신호 누출을 통해서만 수신이 가능합니다.또한 은밀한 데이터 링크[41] 아주 가끔 높은 데이터 전송률 시퀀스를 방사할 뿐입니다.

일반적으로, 현대의 환경에 대응하기 위해, 광대역 마이크로파 DF 시스템은 단일 펄스(흔히 진폭 모노펄스라고 함)를 검출하고 높은 "절편 확률"(PoI)을 달성하는 능력을 갖기 위해 높은 감도 및 360° 커버리지를 가질 것이 요구됩니다.[42]

진폭 비교에 의한 DF

진폭 비교는 시스템 구현이 비교적 간단하고, 감도가 좋으며, 매우 중요하게 신호 검출 가능성이 높기 때문에 DF의 방법으로 인기가 있습니다.[43]: 97 [18]: 207 일반적으로, 360도 커버리지를 제공하기 위해, 4개 이상의, 사운딩된 지향성 안테나들의 어레이가 사용됩니다.[44]: 155 [18]: 101 [45]: 5–8.7 [43]: 97 [46]위상 비교법에 의한 DF는 베어링 정확도를 향상시킬 수 있지만 처리가 더 복잡합니다.[45]: 5–8.9 단일 회전 접시 안테나를 사용하는 시스템은 더 민감하고 작고 구현이 비교적 쉽지만 PoI가 좋지 않습니다.[42]

일반적으로 배열의 인접한 두 채널의 신호 진폭을 비교하여 들어오는 파면의 베어링을 얻지만, 때로는 세 개의 인접한 채널을 사용하여 정확도를 향상시킵니다.안테나와 증폭 체인의 이득을 긴밀하게 일치시켜야 하지만 신중한 설계 및 구성과 효과적인 교정 절차는 하드웨어의 부족한 부분을 보완할 수 있습니다.이 방법을 사용하여 2°~10°(rms)의 전체적인 베어링 정확도가 보고되었습니다.

2채널 DF

2포트 DF, 극점도(정규화)
2포트 DF, 로그 스케일(정규화)
파워 디프 (dB) 대 베어링

원형 배열의 두 개의 인접한 안테나를 사용하는 2채널 DF는 가장 큰 신호의 신호 전력과 두 번째 가장 큰 신호의 신호 전력을 비교함으로써 달성됩니다.수신 신호의 상대 전력을 비교함으로써 수신 신호의 상대 전력을 비교함으로써, φ(Squint Angle)의 두 안테나가 설명하는 아크 내에서 착신 신호의 방향을 얻을 수 있습니다.신호가 안테나 중 하나의 수직면에 있을 때 다른 안테나의 신호는 약 12dB 더 낮습니다.신호 방향이 두 안테나 사이의 중간일 때 신호 레벨은 동일하며 보어사이트 값보다 약 3dB 낮습니다.다른 베어링 각도, φ에서는 신호 레벨의 중간 비율이 방향을 제공합니다.

안테나 메인 로브 패턴들이 가우시안 특성을 가지고 있고, 신호 전력들이 (예를 들어, 보레사이트 값에 대한 데시벨들 (dB)) 로 표현되는 경우, 베어링 각도 φ와 전력 레벨 차이 사이에 선형 관계, 즉 φ ∝ (P1(dB)) - P2(dB)),여기서 P1(dB) 및 P2(dB)는 인접한 두 채널의 출력입니다.축소판 그림에는 일반적인 그림이 표시됩니다.

360° 커버리지를 제공하기 위해 원형 배열의 안테나가 각 안테나에서 수신되는 신호 레벨에 따라 쌍으로 선택됩니다.배열에 N개의 안테나가 있는 경우 각도 간격(사각각) φ φ = 2 π/N 라디안(= 360/N도)입니다.

2포트 DF의 기본방정식

안테나의 주 로브가 가우스 특성을 가지면 출력 P( φ)는 베어링 각도 φ의 함수입니다.

어디에

G는 안테나 보어사이트 이득(즉, Ø = 0일 때),
ψ은 절반 전력 빔 폭의 1/2입니다.
A = -\ln(0.5), Ø = ψ일 때 P(Ø)/P1 = 0.5가 되도록 합니다.
각도는 라디안 단위입니다.

Phi에서 가늘고 같은 보어시인 게인 G를 가진0 두 번째 안테나는 출력을 제공합니다.

신호 수준을 비교해보면,

비율의 자연 로그는

재배열

이것은 대수적으로 표현된 출력 레벨 차이와 베어링 각도 Ø 사이의 선형 관계를 보여줍니다.

자연로그는 ln(X) = X(dB)/(10.\log(e))를 사용하여 데시벨(dB)(여기서 dB는 bore sight gain)로 변환할 수 있으므로 방정식을 쓸 수 있습니다.

3채널 DF

3포트 DF, 극점도(정규화)
3포트 DF, 로그 스케일(정규화)

제3 안테나의 진폭 데이터가 베어링 처리에 포함될 경우 베어링 정확도가 향상될 수 있습니다.[48][44]: 157

3채널 DF의 경우 3개의 안테나가 각도 φTHE로 사선팅된 상태에서 가장 큰 신호를 포함하는 채널의 신호 전력과 각 측에 위치한 인접한 2개 채널의 신호 전력을 비교하여 수신 신호의 방향을 구합니다.

원형 배열의 안테나의 경우 수신된 신호 레벨에 따라 3개의 안테나가 선택되며 중앙 채널에 가장 큰 신호가 있습니다.

신호가 안테나 1의 왼쪽 위에 있을 때( φ = 0), 다른 두 안테나로부터의 신호는 동일하며 약 12dB 더 낮습니다.신호 방향이 두 안테나 사이의 중간(φ =30°)일 때 신호 레벨은 동일하고 보어사이트 값보다 약 3dB 낮으며, 세 번째 신호는 이제 약 24dB 낮아집니다.다른 베어링 각도인 Ø에서는 신호 레벨의 중간 비율이 방향을 제공합니다.

3포트 DF의 기본방정식

안테나 1의 우측에 있는 베어링 Ø에서 수신되는 신호의 경우:

채널 1 출력은

채널 2 출력은

채널 3 출력은

여기서 G는T 안테나 보어사이트 이득을 포함한 각 채널의 전체 이득이며, 세 채널 모두에서 동일하다고 가정합니다.이전과 마찬가지로 이 방정식에서 각도는 라디안 단위로 φ = 360/N도 = 2 π/N 라디안 및 A = -ln(0.5)입니다.

이전과 마찬가지로 이를 확장하고 조합하여 다음과 같은 이점을 제공할 수 있습니다.

A/A ψ 해소 및 재배치

여기서 δ = \ln(P) - ln(P), δ = \ln(P) - \ln(P) 및 δ = \ln(P) - \ln(P),

여기서 차이 값은 네퍼 단위이지만 데시벨 단위일 수 있습니다.

이 식을 이용하여 구한 베어링 값은 안테나 빔폭(= 2. ψ0)과 독립적이므로 정확한 베어링 결과를 얻기 위해 이 값을 알 필요가 없습니다.또한 중간 안테나의 보어시이트에 가까운 베어링 값의 경우 평활 효과가 있으므로, 2채널 처리에서 발생할 수 있는 것처럼 수신 신호가 보어시이트를 통해 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하기 때문에 베어링 값에 불연속이 발생하지 않습니다.

소음으로 인한 베어링 불확실성

안테나 구조의 기계적 불완전성, 수신기 이득의 불량한 이득 일치 또는 비이상적인 안테나 이득 패턴과 같은 베어링 오류의 원인 중 많은 것들이 교정 절차 및 교정 룩업 테이블에 의해 보상될 수 있지만, 열 잡음은 항상 저하 요인이 될 것입니다.그러면 모든 시스템에서 열 잡음이[49][50] 발생하므로 수신 신호의 레벨이 낮으면 수신기 채널의 신호 대 잡음비가 좋지 않고 베어링 예측의 정확도가 떨어집니다.

일반적으로 베어링 불확실성에 대한 지침은 : 82 >에 의해 제공됩니다.

교차 신호의 경우, 그러나 여기서0 SNR은 보사이트에서 적용되는 신호 대 잡음비입니다.

지정된 베어링에서 보다 정확한 예측을 얻기 위해 관심 신호의 실제 S:N 비율을 사용합니다.(결과는 잡음 유도 오류가 상관없는 잡음과 차이를 연관시켜 근사치를 낸다고 가정할 때 도출될 수 있습니다.)

채널 1과 채널 2를 사용하는 인접한 처리의 경우, 베어링 불확도(각도 소음)인 δø(rms)가 아래에 제시됩니다.이 결과에서는 사각법 감지를 가정하고 SNR 수치는 비디오(베이스밴드)의 신호, 즉 베어링 각도 φ에 대한 것입니다.

{ rads

여기서 SNR1 및 SNR은2 사각형 법칙 검출이 사용될 때 안테나 1 및 안테나 2에 대한 채널의 비디오(베이스 대역) 신호 대 잡음 값입니다.

3채널 처리의 경우, 3채널 모두에서 S:N 비율이 유니티를 초과할 때(ln(1 + 1/SNR) ≈ 1/SNR이 3채널 모두에서 참일 때) 적용 가능한 표현은

여기서 SNR, SNR 및 SNR은 베어링 각도 φ의 경우 각각 채널 1, 채널 2 및 채널 3에 대한 비디오 신호 대 잡음 값입니다.

6개의 안테나를 가진 전형적인 DF 시스템

6포트 DF 시스템

6개의 안테나를 사용하는 가능한 DF 시스템의 도식이 그림에 나와 있습니다.[18]: 101 [54][55]

안테나에 의해 수신된 신호는 검출기-로그-비디오-증폭기(DLVA)에 의해 검출되기 전에 저잡음 전치 증폭기에 의해 먼저 증폭됩니다.[56][57][58]도착 각도를 결정하기 위해 DLVA로부터의 신호 레벨을 비교합니다.DLVA에 의해 제공되는 로그 스케일에서 신호 레벨을 고려함으로써 큰 동적 범위가 달성되며, 또한 안테나 패턴의 주요 로브가 앞서 보여준 바와 같이 가우시안 특성을 가질 때 방향 찾기 계산이 단순화됩니다.

DF 분석에서 필요한 부분은 가장 큰 신호를 포함하는 채널을 식별하는 것이며, 이는 고속 비교기 회로를 통해 달성됩니다.[44]DF 프로세스 이외에도 펄스 지속 시간, 주파수, 펄스 반복 주파수(PRF) 및 변조 특성과 같은 신호의 다른 특성이 조사될 수 있습니다.[45]비교기 동작은 대개 히스테리시스를 포함하며, 수신 신호의 베어링이 인접한 두 채널에 유사한 진폭의 신호가 포함된 경우 선택 프로세스에서 지터를 방지합니다.

흔히 광대역 증폭기는 입력 제한기 및/또는 필터에 의해 (선박에서와 같이) 국부적인 고전력 소스로부터 보호됩니다.마찬가지로 증폭기에도 알려진 신호를 제거하기 위해 노치 필터가 포함되어 있지만 원치 않는 신호를 제거할 수 있으며, 이는 약한 신호를 처리하는 시스템의 능력을 손상시킬 수 있습니다.이러한 문제 중 일부는 RF 체인에서 다루어집니다.

참고 항목

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서지학