Yüksek frekanslı yön bulma - High-frequency direction finding

HMS  Belfast müze gemisindeki FH4 "Huff-duff" ekipmanı

Genellikle HF/DF kısaltması veya huff-duff takma adıyla bilinen yüksek frekanslı yön bulma , II . Dünya Savaşı'nda tanıtılan bir tür radyo yön bulucudur (RDF) . Yüksek frekans (HF), uzun mesafelerde etkin bir şekilde iletişim kurabilen bir radyo bandını ifade eder; örneğin, U-botlar ile karadaki karargahları arasında. HF/DF, öncelikle düşman telsizlerini yayın yaparken yakalamak için kullanıldı, ancak aynı zamanda bir navigasyon yardımcısı olarak dost uçakların yerini belirlemek için de kullanıldı. Temel teknik , tipik olarak bağımsız bir sistem olmak yerine daha geniş bir radyo sistemleri ve radarlar grubuna dahil edilmesine rağmen , sinyal zekasının temel disiplinlerinden biri olarak bu güne kadar kullanımdadır .

Daha önceki sistemler, mekanik olarak döndürülmüş bir anten veya solenoid ve sinyaldeki pikleri veya sıfırları dinleyen bir operatör kullanıyordu; bu, genellikle bir dakika veya daha fazla mertebede yönü belirlemek için önemli zaman aldı. Daha sonraki sistemler , aynı sinyali biraz farklı konumlarda veya açılarda almak için bir dizi anten kullandı ve daha sonra , aynı ölçümü esasen anında yapan bir osiloskop ekranında vericiye yönü göstermek için sinyaldeki bu küçük farklılıkları kullandı . U-bot filosundan gelenler gibi kısacık sinyalleri yakalayın.

Sistem ilk olarak 1926'da Robert Watson-Watt tarafından yıldırımın yerini tespit etmek için bir sistem olarak geliştirildi . Zekadaki rolü 1930'ların sonlarına kadar gelişmemişti. Erken savaş döneminde, HF/DF üniteleri çok yüksek talep görüyordu ve dağıtımlarında önemli servisler arası rekabet vardı. Erken bir kullanım, Dowding müdahale kontrol sisteminin bir parçası olarak RAF Savaş Uçağı Komutanlığı tarafından kullanılırken, karadaki birimler de Amirallik için U-botların yerini belirlemesi için bilgi toplamak için yaygın olarak kullanıldı. 1942 ve 1944 arasında, daha küçük birimler yaygın olarak kullanılabilir hale geldi ve Kraliyet Donanması gemilerinde yaygın olarak kullanılan demirbaşlardı . HF/DF'nin savaş sırasında batan tüm denizaltıların %24'üne katkıda bulunduğu tahmin ediliyor.

Temel konsept, Anten düşünüldüğünde Katot-Işın Yön Bulma (CRDF), İkiz Yol DF ve mucidi Watson-Watt DF veya Adcock/Watson-Watt dahil olmak üzere birkaç alternatif adla da bilinir .

Tarih

HF/DF'den önce

Radyo yön bulma , hem deniz hem de hava navigasyonu için kullanılan I. Dünya Savaşı'ndan önce bile yaygın olarak kullanılan bir teknikti . Temel konsept , bir döngü anteni kullandı , en temel biçiminde, algılanacak sinyallerin frekans aralığı tarafından belirlenen bir çevreye sahip dairesel bir tel döngüsü. Döngü sinyale dik açılarda hizalandığında, döngünün iki yarısındaki sinyal iptal olur ve "boş" olarak bilinen çıktıda ani bir düşüşe neden olur.

Erken DF sistemleri, mekanik olarak döndürülebilen bir döngü anteni kullanıyordu. Operatör bilinen bir radyo istasyonunu ayarlayacak ve ardından sinyal kaybolana kadar anteni döndürecektir. Bu, antenin her iki tarafında da olabilmesine rağmen, antenin artık yayıncıya dik açıda olduğu anlamına geliyordu. Birkaç tür ölçümler alarak veya belirsiz yönlere birini ortadan kaldırmak için seyir diğer bazı bilgi formunu kullanarak, rulman yayıncı tespit edilebilir.

1907'de Ettore Bellini ve Alessandro Tosi tarafından bazı kurulumlarda DF sistemini büyük ölçüde basitleştiren bir iyileştirme yapıldı. Tek döngülü anten, dik açılarda düzenlenmiş iki antenle değiştirildi. Her birinin çıkışı, kendi ilmekli kablosuna veya bu sistemde adlandırıldığı gibi bir "alan bobinine" gönderildi. Her anten için bir tane olmak üzere bu tür iki bobin, dik açılarda birbirine yakın düzenlenmiştir. İki antenden gelen sinyaller , bobinler arasındaki boşlukta, dönen bir solenoid , "arama bobini" tarafından alınan bir manyetik alan oluşturdu . Maksimum sinyal, arama bobini, sinyalin antenlere göre açısında olan alan bobinlerinden gelen manyetik alanla hizalandığında üretildi. Bu, antenlerin hareket etme ihtiyacını ortadan kaldırdı. Bellini-Tosi yön bulucu normalde daha küçük olarak döner döngüler uçaklarda kullanılmak olarak kalmıştır (BT), yaygın olarak, gemilerde kullanılmıştır.

Tüm bu cihazların çalışması zaman aldı. Normal olarak telsiz operatörü, söz konusu sinyali bulmak için ya DF anten(ler)ini kullanarak ya da ayrı bir yönsüz anten üzerinde geleneksel radyo alıcılarını kullanır. Ayarlandıktan sonra operatör , sinyalde tepe noktaları veya sıfırlar aramak için antenleri veya açı ölçeri döndürdü . Kontrol hızlı bir şekilde döndürülerek kaba konum bulunabilse de, daha doğru ölçümler için operatör giderek daha küçük hareketlerle "avlanmak" zorunda kaldı. Mors kodu gibi periyodik sinyaller veya alım sınırındaki sinyaller ile bu zor bir süreçti. Bir dakikalık mertebedeki düzeltme süreleri yaygın olarak alıntılanmıştır.

BT sisteminin otomatikleştirilmesiyle ilgili bazı çalışmalar, II. Dünya Savaşı'nın başlamasından hemen önce, özellikle ABD'nin ITT Corporation'ın Fransız bölümünde çalışan Fransız mühendisler Maurice Deloraine ve Henri Busignies tarafından gerçekleştirildi . Sistemleri, arama bobininin yanı sıra senkronize olarak dönen dairesel bir ekran kartını motorize etti. Ekran kartındaki bir lamba, açıölçerin çıkışına bağlandı ve doğru yönde olduğunda yanıp söndü. Hızlı bir şekilde, yaklaşık 120 RPM döndüğünde, flaşlar yönü gösteren tek bir (dolaşan) nokta halinde birleşti. Ekip, Fransız ofisindeki tüm çalışmalarını imha etti ve 1940'ta Almanya'yı işgal etmeden hemen önce Fransa'dan ayrıldı ve ABD'de geliştirmeye devam etti.

Watson-Watt

Yıldırımın radyo sinyalleri yaydığı uzun zamandır biliniyordu . Sinyal birçok frekansa yayılır, ancak özellikle uzun menzilli deniz iletişimi için birincil radyo frekanslarından biri olan uzun dalga spektrumunda güçlüdür . Robert Watson-Watt , bu radyo sinyallerinin ölçümlerinin gök gürültülü fırtınaları izlemek ve pilotlar ve gemiler için faydalı uzun menzilli uyarılar sağlamak için kullanılabileceğini göstermişti . Bazı deneylerde, 2.500 kilometre (1.600 mil) uzaklıktaki Afrika üzerindeki fırtınaları tespit edebildi.

Ancak, yıldırım çarpmaları o kadar kısa sürdü ki, döngü antenleri kullanan geleneksel RDF sistemleri, kaybolmadan önce yönü belirleyemedi . Belirlenebilecek tek şey, uzun bir süre boyunca en iyi sinyali üreten ve birçok grev sinyalini içeren ortalama bir konumdu. 1916'da Watt , gösterge elemanı olarak mekanik sistemler yerine bir katot ışın tüpünün (CRT) kullanılabileceğini öne sürdü , ancak bunu test etme yeteneğine sahip değildi.

Watt çalıştı RAF Met Office içinde Aldershot , ancak 1924 yılında onlar RAF için kullanımına yerini dönmeye karar verdi. Temmuz 1924'te Watt, Slough yakınlarındaki Ditton Park'ta yeni bir yere taşındı . Bu site zaten Ulusal Fizik Laboratuvarı (NPL) Radyo Bölümü araştırma sitesini barındırıyordu. Watt Atmosfer branşında yer almış, radyo sinyallerinin atmosferde yayılmasında temel çalışmalar yapmış, NPL ise sahada alan kuvveti ölçümleri ve yön bulma araştırmalarında yer almıştır. NPL, bu çalışmalarda kullanılan ve huff-duff, bir Adcock anteni ve modern bir osiloskopun geliştirilmesi için kritik öneme sahip olduğunu kanıtlayacak iki cihaza sahipti .

Adcock anteni, dik açılarda düzenlenmiş iki sanal döngü anteni gibi davranan dört monopol direğin bir düzenlemesidir. İki sanal döngüde alınan sinyalleri karşılaştırarak, mevcut RDF teknikleri kullanılarak sinyalin yönü belirlenebilir. Araştırmacılar anteni 1919'da kurmuşlar, ancak daha küçük tasarımlar lehine onu ihmal ediyorlardı. Bunların, bir sinyalin düz bir hat üzerinde mi yoksa gökten mi alındığını belirlemeyi zorlaştıran, Slough bölgesinin elektriksel özellikleri nedeniyle çok düşük performansa sahip olduğu bulundu. Smith-Rose ve Barfield, dikkatlerini yatay bir bileşeni olmayan ve böylece "gökyüzü dalgalarını" filtreleyen Adcock antenine çevirdiler. Bir dizi takip deneyinde, ülke çapında vericilerin yerlerini doğru bir şekilde belirleyebildiler.

Temel huff-duff sistemindeki son büyük gelişmelere yol açan şey, Watt'ın bireysel yıldırım çarpmalarının yerini yakalama arzusuydu. Laboratuvar yakın zamanda Bell Labs'den kolay bağlantı sağlayan ve uzun ömürlü fosfora sahip bir WE-224 osiloskop teslim almıştı . 1926'da Jock Herd ile çalışan Watt, antenin iki koluna birer amplifikatör ekledi ve bu sinyalleri osiloskopun X ve Y kanallarına gönderdi. Umulduğu gibi, radyo sinyali ekranda darbenin yerini belirten bir desen oluşturdu ve uzun süre dayanan fosfor, operatöre ekran kararmadan önce bunu ölçmek için bolca zaman verdi.

Watt ve Herd, 1926'da sistem hakkında "anlık doğrudan okuma radyogonyometresi" olarak adlandırılan ve 0.001 saniye kadar kısa süren sinyallerin yönünü belirlemek için kullanılabileceğini belirten kapsamlı bir makale yazdı. Makale, cihazı derinlemesine açıklıyor ve radyo yön bulma ve navigasyonunu geliştirmek için nasıl kullanılabileceğini açıklamaya devam ediyor. Bu halka açık gösteriye ve yıldırımın yerini tespit etmek için kullanıldığını gösteren filmlere rağmen, konsept görünüşe göre Birleşik Krallık dışında bilinmiyordu. Bu, gizlice pratik bir biçime dönüştürülmesine izin verdi.

Britanya Savaşı

Britanya Savaşı'ndan önce Chain Home (CH) radar sistemlerini kurma telaşı sırasında, maksimum uyarı süresi sağlamak için CH istasyonları kıyı şeridi boyunca mümkün olduğunca uzağa yerleştirildi. Bu, Britanya Adaları üzerindeki iç bölgelerin radar kapsamına sahip olmadığı, bunun yerine bu alanda görsel izleme için yeni kurulan Kraliyet Gözlem Kolordusu'na (ROC) güvendiği anlamına geliyordu . ROC, büyük baskınlar hakkında bilgi sağlayabilirken, savaşçılar pozitif olarak tanımlanamayacak kadar küçük ve çok yüksekti. Dowding'in tüm hava kontrol sistemi yer yönüne bağlı olduğundan, kendi savaşçılarını bulmak için bir çözüme ihtiyaç vardı.

Bunun için uygun çözüm, dövüşçü telsizlerini ayarlamak için huff-duff istasyonlarının kullanılmasıydı. Bir dizi savaş filosundan sorumlu olan her Sektör Kontrolü, yaklaşık 30 mil (48 km) uzaklıkta, uzak noktalara yerleştirilmiş diğer iki alt istasyonla birlikte bir huff-duff alıcısı ile donatıldı. Bu istasyonlar, savaşçılarından yayınları dinlemek açıları karşılaştırmak istiyorsunuz üçgen konumlarını ve sonra kontrol odalarına bu bilgileri aktarır. ROC tarafından bildirilen düşmanın ve huff-duff sistemlerindeki savaşçıların konumlarını karşılaştıran Sektör Komutanları, savaşçıları düşmanı engellemeye kolayca yönlendirebilirdi.

Bu sürece yardımcı olmak için , bazı avcı uçaklarına, bölüm başına en az iki (filo başına en fazla dört bölüm olmak üzere) " pip-squeak " olarak bilinen bir sistem kuruldu. Pip-squeak, her dakika 14 saniye boyunca otomatik olarak sabit bir ton göndererek, huff-duff operatörlerinin sinyali izlemesi için yeterli zaman sağlar. DF sinyalini yayınlarken uçağın radyosunu bağlama dezavantajına sahipti.

DF setlerine duyulan ihtiyaç o kadar şiddetliydi ki, Hava Bakanlığı başlangıçta RAF Savaş Uçağı Komutanlığı komutanı Hugh Dowding'in talep ettiği sayıları sağlayamadı . 1938'deki simüle edilmiş savaşlarda, sistemin o kadar kullanışlı olduğu gösterildi ki Bakanlık, Bellini-Tosi sistemlerine CRT versiyonlarının en kısa sürede değiştirileceği sözünü vererek yanıt verdi . Bu, mevcut antenleri yeni bir alıcı setine bağlayarak sahada gerçekleştirilebilir. 1940'a gelindiğinde, bunlar 29 Savaşçı Komutanlığı "sektörünün" tamamında mevcuttu ve savaşı kazanan sistemin önemli bir parçasıydı.

Atlantik Savaşı

HMS  Belfast müze gemisindeki "Süper Duff" ekipmanı . Dairesel gösterge, sinyallerin alındığı ilgili kerterizin doğrudan okunmasını sağlar - gemi iskelesi için kırmızı rakamlar , sancak için yeşil rakamlar

İle birlikte sonar ( "ASDIC"), kırma Alman kodlarından istihbarat ve radar , "Huff-Duff" Alman denizaltı ve saptanmasında Müttefiklerin cephaneliğe değerli bir parçasıydı ticaret akıncıları sırasında Atlantik Savaşı .

Kriegsmarine radyo yön bulucular O gemiler mesajları iletildiğinde denizde onun gemilerini bulmak için kullanılabileceğini biliyordu. Sonuç olarak, rutin mesajları kısa uzunlukta mesajlara dönüştüren bir sistem geliştirdiler. Ortaya çıkan " kurzsignale " daha sonra Enigma makinesiyle (güvenlik için) kodlandı ve hızlı bir şekilde iletildi. Deneyimli bir telsiz operatörünün tipik bir mesajı iletmesi yaklaşık 20 saniye sürebilir.

İlk başta, Birleşik Krallık'ın tespit sistemi, Britanya Adaları ve Kuzey Atlantik'teki bir dizi kıyı istasyonundan oluşuyordu ve bu istasyonlar, konumları belirlemek için müdahalelerini koordine edecekti. Kıyıdaki DF istasyonlarından Atlantik'te U-teknelerin yerini tespit etmek için gereken mesafeler çok büyüktü ve DF doğruluğu nispeten verimsizdi, bu nedenle düzeltmeler özellikle doğru değildi. 1944'te, Deniz İstihbaratı tarafından, daha güvenilir bir kerteriz elde etmek için beş istasyonun her birindeki kerterizlerin ortalamasının alınabilmesi için yerelleştirilmiş beş kıyı tabanlı DF istasyonundan oluşan grupların inşa edildiği yeni bir strateji geliştirildi. Britanya'da böyle dört grup kuruldu: Essex'te Ford End'de , Fife'da Anstruther , Scottish Highlands'de Bower ve Cornwall'da Goonhaven . İzlanda, Nova Scotia ve Jamaika'da başka grupların kurulması amaçlandı. Basit ortalamanın etkisiz olduğu bulundu ve daha sonra istatistiksel yöntemler kullanıldı. Operatörlerden ayrıca okumalarının güvenilirliğini derecelendirmeleri istendi, böylece zayıf ve değişken olanlara sabit ve iyi tanımlanmış olanlardan daha az ağırlık verildi. Bu DF gruplarının birçoğu 1970'lerde Kompozit Sinyaller Organizasyonunun bir parçası olarak devam etti .

Kara tabanlı sistemler, esas olarak üst yapının gelen radyo sinyallerinin dalga cephesi üzerindeki etkileri nedeniyle gemilerde çalışan ciddi teknik sorunlar olduğu için kullanıldı. Ancak, bu sorunlar , Admiralty Signal Installation'da çalışan Polonyalı mühendis Wacław Struszyński'nin teknik liderliğinde aşıldı . Gemiler donatıldıkça, bu etkileri belirlemek için karmaşık bir ölçüm serisi yapıldı ve gerekli düzeltmeleri çeşitli frekanslarda göstermek için operatörlere kartlar verildi. 1942'ye gelindiğinde, katot ışın tüplerinin mevcudiyeti gelişti ve artık üretilebilecek huff-duff setlerinin sayısında bir sınır değildi. Aynı zamanda, olası frekansları taramak ve herhangi bir aktarım algılandığında otomatik alarm çalmak için sürekli motorla çalışan ayarlamayı içeren gelişmiş setler sunuldu. Operatörler daha sonra sinyal kaybolmadan önce hızla ince ayar yapabilirler. Bu setler, konvoy eskortlarına kuruldu ve ufuktan, radar menzilinin ötesinden yayın yapan U-botlarda düzeltmeler almalarını sağladı. Bu, avcı-öldürücü gemilerin ve uçakların, hala yüzeydeyse radar veya su altındaysa ASDIC ile bulunabilen U-bot yönünde yüksek hızda gönderilmesine izin verdi.

Ağustos 1944'ten itibaren Almanya, tüm bir kurz sinyalini 454 milisaniyeden uzun olmayan bir patlamada iletecek olan Kurier sistemi üzerinde çalışıyordu. savaş.

Açıklama

Pakistanlı bir fırkateyn üzerinde Huff-duff anteni (büyütülmüş). İki döngü oluşturan dört dikey antenin düzenine dikkat edin.

Huff-duff sisteminin temel konsepti, iki antenden gelen sinyali bir osiloskopun X ve Y kanallarına göndermektir. Normalde Y kanalı yer istasyonları için kuzey/güney temsil eder veya gemi söz konusu olduğunda, geminin baş /kıç yönü ile hizalanır . Böylece X kanalı doğu/batı veya iskele/sancak tarafını temsil eder.

Osiloskop ekranındaki noktanın sapması, radyo sinyalinin anlık fazının ve gücünün doğrudan bir göstergesidir. Radyo sinyalleri dalgalardan oluştuğu için, sinyal çok hızlı bir şekilde fazda değişir. Y diyelim ki bir kanaldan alınan sinyal dikkate alınırsa, nokta o kadar hızlı bir şekilde yukarı ve aşağı hareket edecek ki, ekranın ortasından eşit mesafelerde uzanan düz bir dikey çizgi gibi görünecektir. İkinci kanal eklendiğinde, aynı sinyale ayarlandığında, nokta aynı anda hem X hem de Y yönünde hareket edecek ve çizginin köşegen olmasına neden olacaktır. Bununla birlikte, radyo sinyali sonlu bir dalga boyuna sahiptir , bu nedenle anten döngülerinden geçerken, antenin her bir parçasını karşılayan göreli faz değişir. Bu , ilgili fazlara bağlı olarak çizginin bir elips veya Lissajous eğrisine sapmasına neden olur . Eğri, ana ekseni sinyalin yatağı boyunca uzanacak şekilde döndürülür. Kuzeydoğuya bir sinyal olması durumunda, sonuç ekranda 45/225 derecelik çizgi boyunca uzanan bir elips olacaktır. Ekran çizim yaparken faz değiştiği için, ortaya çıkan görüntülenen şekil, hesaba katılması gereken "bulanıklaşma" içerir.

Bu, elips, görüntü merkez noktasının her iki yanında eşit uzunlukta olduğundan, sinyalin kuzey-doğu mu yoksa güney-batı mı olduğunu belirleme problemini bırakır. Bu sorunu çözmek için bu karışıma ayrı bir anten, "duyu anteni" eklendi. Bu, döngülerden yaklaşık 1/2 dalga boyuna sabit bir mesafede bulunan çok yönlü bir antendi. Bu sinyal karıştırıldığında, bu antenden gelen zıt faz sinyali, faz algılama anteni yönünde olduğunda sinyali güçlü bir şekilde bastırır. Bu sinyal, osiloskobun parlaklık kanalına veya Z eksenine gönderilerek, sinyaller faz dışı olduğunda ekranın kaybolmasına neden oldu. Algılama antenini döngülerden birine, örneğin kuzey/güney kanalına bağlayarak, ekranın alt yarısındayken ekran, sinyalin kuzeyde bir yerde olduğunu belirten güçlü bir şekilde bastırılır. Bu noktada mümkün olan tek yön kuzeydoğu yönüdür.

Antenler tarafından alınan sinyaller çok küçük ve yüksek frekanstadır, bu nedenle ilk önce iki özdeş radyo alıcısında ayrı ayrı yükseltilirler. Bu, iki alıcının son derece iyi dengelenmesini gerektirir, böylece biri diğerinden daha fazla yükseltmez ve böylece çıkış sinyalini değiştirir. Örneğin, kuzey/güney antenindeki amplifikatör biraz daha fazla kazanca sahipse, nokta 45 derecelik çizgi boyunca değil, belki de 30 derecelik çizgi boyunca hareket edecektir. İki amplifikatörü dengelemek için çoğu kurulum, bilinen bir yönlü test sinyali üreten bir "test döngüsü" içeriyordu.

Gemi üstü sistemler için, sinyaller çeşitli metal engellerin etrafında hareket ettiğinden, geminin üst yapısı, özellikle fazda ciddi bir parazit nedeni oluşturdu. Bunu ele almak için, ikinci bir gemi yaklaşık bir mil öteden bir test sinyali yayınlarken gemi demirlendi ve elde edilen sinyaller bir kalibrasyon sayfasına kaydedildi. Yayın gemisi daha sonra başka bir yere hareket edecek ve kalibrasyon tekrarlanacaktır. Kalibrasyon, farklı dalga boyları ve yönler için farklıydı; Her gemi için eksiksiz bir levha seti oluşturmak önemli bir çalışma gerektiriyordu.

Deniz birimleri, özellikle ortak HF4 seti, açıyı ölçmeye yardımcı olmak için kullanılan "imleç" olan bir çizgiye sahip dönen bir plastik plaka içeriyordu. Elipsin uçları ekranın kenarına ulaşmadıysa veya ekrandan çıktıysa bu zor olabilir. İmleci her iki uçtaki tepe noktalarına hizalayarak bu basit hale geldi. İmlecin her iki tarafındaki karma işaretler, ekranın genişliğinin ölçülmesine izin verdi ve bunu bulanıklık miktarını belirlemek için kullanın.

Ayrıca bakınız

Referanslar

alıntılar
bibliyografya

daha fazla okuma

  • Beesly, Patrick (1978). Çok Özel İstihbarat: İkinci Dünya Savaşı'nda Admiralty'nin Operasyonel İstihbarat Merkezi'nin hikayesi . Spere. ISBN'si 978-0-7221-1539-8.
  • deRosa, LA "Yön Bulma". Blyd, JA'da; Harris, DB; Kral, DD; et al. (ed.). Elektronik Karşı Tedbirler . Los Altos, CA: Yarımada Yayıncılık. ISBN'si 978-0-932146-00-7.
  • Williams, Kathleen Broome (1996-10-01). Gizli Silah: Atlantik Savaşında ABD Yüksek Frekans Yön Bulma . Deniz Enstitüsü Basın. ISBN'si 978-1-55750-935-2.

Dış bağlantılar