Пеленгация

Пеленгация — это определение направления на источник излучения (радиоволн, звука, света, тепла) или на объект, испускающий сигналы, путём приёма этих сигналов и измерения угловых координат. Пеленгация является основным методом работы радиопеленгаторов, гидроакустических станций, теплопеленгаторов и систем радионавигации. Результат пеленгации — пеленг (угол между направлением на север и направлением на источник). В зависимости от используемого физического принципа и решаемой задачи различают радиопеленгацию, звукопеленгацию, теплопеленгацию, оптическую пеленгацию и магнитную пеленгацию.

История

Первые практические методы пеленгации появились в конце XIX — начале XX века с развитием радиосвязи. В 1901 году Гульельмо Маркони продемонстрировал возможность передачи сигналов через Атлантику, что породило потребность в определении направления на передатчик. В 1907 году немецкий инженер Эрнст Александерсон предложил использовать рамочную антенну, которая обладает направленными свойствами. В 1910-х годах радиопеленгаторы начали применяться в морской навигации для определения местоположения судов по сигналам береговых радиостанций.

Во время Первой мировой войны пеленгация активно использовалась для обнаружения подводных лодок и вражеских радиостанций. В 1920-х годах были разработаны первые автоматические радиопеленгаторы (радиокомпасы), которые позволяли непрерывно отслеживать направление на источник. В 1930-х годах появились системы радионавигации, такие как «Лоран» (Loran), основанные на измерении разности времени прихода сигналов от нескольких передатчиков, что по сути является разновидностью пеленгации.

В годы Второй мировой войны пеленгация стала ключевым элементом противовоздушной обороны, радиоразведки и морской навигации. В 1940-х годах в СССР и других странах разрабатывались автоматические радиопеленгаторы для наведения истребителей на цели. После войны развитие электроники привело к созданию цифровых пеленгаторов, способных обрабатывать сигналы в реальном времени.

Классификация

Пеленгация классифицируется по нескольким признакам: по физической природе сигнала, по методу измерения, по числу измеряемых координат и по применению.

По физической природе сигнала

• Радиопеленгация — определение направления на источник радиоволн. Используется в радионавигации, радиоразведке, системах управления воздушным движением.
• Звукопеленгация — определение направления на источник звука (гидроакустическая пеленгация — в воде, акустическая — в воздухе). Применяется в гидроакустике для обнаружения подводных лодок, в артиллерии для определения позиции стреляющего орудия.
• Теплопеленгация — определение направления на источник инфракрасного излучения. Используется в системах самонаведения ракет, тепловизорах, системах обнаружения целей.
• Оптическая пеленгация — определение направления на источник видимого света или лазерного излучения. Применяется в оптических прицелах, лазерных дальномерах, системах наведения.
• Магнитная пеленгация — определение направления на источник магнитного поля (например, на магнитный полюс Земли или на подводную лодку). Используется в магнитометрах и компасах.

По методу измерения

• Амплитудная пеленгация — основана на сравнении амплитуд сигнала, принятого разными антеннами или в разных положениях одной антенны. Простейший пример — вращение рамочной антенны до минимума сигнала.
• Фазовая пеленгация — основана на измерении разности фаз сигнала, принятого двумя или более разнесёнными антеннами. Позволяет получить высокую точность.
• Временная пеленгация — основана на измерении разности времени прихода сигнала на разнесённые приёмники. Используется в системах типа «Лоран» и GPS (глобальная система позиционирования).
• Доплеровская пеленгация — основана на измерении доплеровского сдвига частоты, возникающего при движении источника или приёмника. Применяется в радиолокации.

По числу измеряемых координат

• Плоская пеленгация — определение одного угла (азимута) в горизонтальной плоскости. Обычно используется в морской навигации.
• Пространственная пеленгация — определение двух углов: азимута и угла места (высоты). Позволяет получить полное направление на источник в трёхмерном пространстве.

Устройство и принцип работы

Основу любого пеленгатора составляет антенная система (для радиопеленгации) или приёмник излучения (для теплопеленгации), обладающая направленными свойствами. В простейшем случае это рамочная антенна, которая имеет диаграмму направленности в виде «восьмёрки»: приём максимален, когда плоскость рамки перпендикулярна направлению на источник, и минимален, когда рамка повёрнута к источнику ребром. Вращая рамку и фиксируя момент минимума сигнала, оператор определяет пеленг.

В современных автоматических радиопеленгаторах используются системы из нескольких антенн (например, кольцевые антенные решётки), сигналы с которых обрабатываются цифровым процессором. Метод фазовой пеленгации позволяет определить направление с точностью до долей градуса. Для повышения точности применяются корреляционные методы обработки, а также учёт рельефа местности и атмосферных условий.

В гидроакустической пеленгации используются гидрофоны — приёмники звуковых волн в воде. Система из нескольких гидрофонов, разнесённых в пространстве, позволяет определить направление на источник звука по разности времени прихода сигнала.

Применение

Пеленгация имеет широкий спектр практических применений в различных областях.

Навигация

В морской и авиационной навигации радиопеленгация используется для определения местоположения судна или самолёта по сигналам береговых радиостанций или радиомаяков. Автоматические радиокомпасы позволяют непрерывно отслеживать направление на маяк. В системах GPS (глобальная система позиционирования) пеленгация является частью метода определения координат по сигналам спутников.

Радиоразведка и радиоэлектронная борьба

Пеленгация является основным методом радиоразведки: с помощью радиопеленгаторов определяют местоположение вражеских радиостанций, радиолокаторов, систем связи. В радиоэлектронной борьбе пеленгация используется для наведения помех и для определения направления на источник излучения.

Гидроакустика

Гидроакустические станции (сонары) используют звукопеленгацию для обнаружения подводных лодок, мин, косяков рыбы, а также для картографирования морского дна. Пассивные гидроакустические системы определяют направление на шумящий объект (например, подводную лодку) без излучения собственных сигналов.

Артиллерия и ракетные системы

В артиллерии звукопеленгация применяется для определения координат стреляющего орудия по звуку выстрела. В системах самонаведения ракет (тепловых, радиолокационных) пеленгация позволяет наводить ракету на цель.

Астрономия

В радиоастрономии пеленгация используется для определения координат космических источников радиоизлучения (пульсаров, галактик, квазаров). Радиотелескопы, по сути, являются высокоточными пеленгаторами.

Точность и ограничения

Точность пеленгации зависит от многих факторов: длины волны сигнала, размера антенной системы, метода обработки, атмосферных условий, рельефа местности, наличия помех. Для радиопеленгации в диапазоне средних волн типичная точность составляет 1–3 градуса, для коротких волн — 0,5–1 градус, для сантиметровых волн — доли градуса. Гидроакустическая пеленгация в воде имеет точность от 1 до 10 градусов в зависимости от гидрологических условий.

Основные ограничения: пеленгация не даёт дальности до источника (только направление), поэтому для определения местоположения объекта требуется пеленгование с двух или более точек (триангуляция). Кроме того, пеленгация может быть затруднена при многолучевом распространении сигнала (отражения от зданий, гор, ионосферы), что приводит к ошибкам.

Интересные факты

• Во время Первой мировой войны британская разведка использовала радиопеленгацию для перехвата и дешифровки немецких радиограмм, что привело к созданию первой системы радиоразведки.
• В 1930-х годах в СССР была разработана система радиопеленгации «РУС» (радиоуловитель самолётов), которая позволяла обнаруживать самолёты на расстоянии до 100 км.
• Современные системы радиопеленгации могут работать в реальном времени, обрабатывая сигналы от тысяч источников одновременно.
• В гидроакустике для пеленгации подводных лодок используются системы с длиной базы (расстоянием между гидрофонами) до нескольких километров.

Источники

• Б. М. Петров, «Радиопеленгация и радионавигация», Москва, 1965.
• В. А. Гусев, «Основы радиоэлектронной борьбы», Москва, 1980.
• А. А. Харкевич, «Основы радиотехники», Москва, 1963.
• «Энциклопедия по радиоэлектронике», под ред. Ю. М. Ковалёва, 2005.
• Материалы Международной ассоциации морской навигации (IALA).