integrantes:
Danilo Adriano
Cristina Orozco
Franklin Quinso
Fabian Segovia
Radiogoniómetro
El radiogoniómetro es un sistema electrónico capaz de determinar la dirección de procedencia de una señal de radio.
Cardioide.
Principio de funcionamiento
El radiogoniómetro se basa en una antena directiva que explora el horizonte buscando una cierta señal. La radiogoniometría clásica utiliza antenas de cuadro, que vienen a ser una o varias espiras en un plano, combinadas con sendos dipolos, muchas veces unidos mecánicamente al cuadro. La combinación de un dipolo y una antena de cuadro produce un diagrama de radiación en forma de cardioide (1+cos θ), que gira al girar el cuadro sobre su eje vertical. Como el nulo del cardioide es abrupto, mientras que su máximo es muy suave, la antena se gira hasta que la señal incidente desaparece. En este momento se sabe que ésta proviene de la dirección hacia la que apunta el nulo de la antena.
Tipos
Radiogoniómetro de Bellini y Tossi
Evita la dificultad de tener que girar la antena. Para ello utiliza dos cuadros verticales dispuestos perpendicularmente, conectados a sendas bobinas, también perpendiculares. Dentro de ellas existe una tercera bobina que se puede girar mediante un mecanismo mecánico. Su giro equivale al giro de la antena.
Radiogoniómetro automático de aviación (ADF)
Mueve la bobina del radiogoniómetro de Bellini y Tossi con un servomotor. Combina la señal de esta bobina con el dipolo para obtener el diagrama en cardioide giratorio. Un detector controla el servomotor de modo que busca el mínimo de señal de forma automática.
Radiogoniómetro de exploración azimutal (All Azimut)
La bobina central del radiogoniómetro de Bellini y Tossi gira con velocidad constante. Esto modula en doblle banda lateral señal incidente, estando su dirección de incidencia codificada en la fase. Un comparador de fase entre la señal DBL detectada y la frecuencia de giro de la antena produce la indicación de dirección.
Radiogoniómetro de Watson - Watt
Dispone tres canales idénticos: uno para el dipolo y los otros para dos cuadros perpendiculares. Los canales producen una señal detectada que se aplica a un tubo de rayos catódicos, de la siguiente forma: los canales de las bobinas se conectan a las placas de deflexión, una bobina a las horizontales y la otra a las verticales. Esto produce, ante una señal incidente, una traza en la pantalla del TRC orientada en la dirección de incidencia de la señal. El canal del dipolo se conecta al eje Z. de modo que borra media traza, dejando solamente la parte que apunta al emisor de la señal.
Radiogoniómetro Doppler
Se basa en una antena omnidireccional (un dipolo, por ejemplo) que gira sobre una circunferencia horizontal. La señal incidente aparece modulada en frecuencia por el efecto Doppler. Como en el Radiogoniómetro de Watson - Watt, la dirección de incidencia aparece codificada en la fase de la señal modulada.
Aplicaciones
El radiogoniómetro ha sido de gran utilidad en navegación tanto marítima como aérea, permitiendo a las naves localizar la dirección de ciertas emisoras. Del mismo modo, se puede localizar el radiofaro de naves accidentadas.
Radiogonimetría y radiolocalización
Nociones de radiogoniometría
Las ondas de radio además de vehículo de comunicación, han sido y son un aliado importante en cuestiones de localización y orientación. Desde la persecución de transmisores clandestinos, pasando por el rastreo de radiobalizas de salvamento o la localización de fuentes de interferencia. Hasta el posicionamiento por GPS o incluso en radioastronomía con estrellas pulsantes a modo de faros espaciales. Pero sin necesidad de irnos tan lejos podemos iniciarnos en este campo aprovechando lo que ya tenemos en el cuarto de radio, con medios mínimos y un poco de constancia es perfectamente posible dominar la radiogoniometría y hacer de su práctica un arte.
La radiogoniometría consiste en determinar el lugar del que procede una señal de radio. Las aplicaciones de esta técnica son muy extensas, aunque en el campo de la radioafición importan sobre todo dos; la radiogoniometría deportiva, también llamada "caza del zorro", y la localización de señales interferentes, ya sean fuentes de ruido industrial o doméstico, o portadoras malintencionadas.
Mas allá de la radioafición, la radiogoniometría y la comparación de fases, han sido durante mucho tiempo elementos clave en la navegación marítima. Aunque hoy en día el GPS supera con mucho las prestaciones de otros sistemas clásicos, como el LORAN y el DECCA, no debe olvidarse la importancia que ha tenido la onda larga para esta actividad. Con su red de radiofaros sincronizados a lo largo y ancho del mundo, era posible localizar la posición del navío sobre una carta especial con seguridad y exactitud. Incluso un receptor adecuado podía ir trazando en tiempo real la ruta del barco sobre la carta náutica. Todo con técnicas analógicas, nada de sistemas digitales.
Hoy los sistemas de navegación en general son, gracias a los computadores, mucho mas precisos, sencillos de usar y económicos. Pero también mucho mas complejos en su tecnología y a veces no todo lo fiables que cabría esperar. Por ello la determinación de posición basada en radiobalizas de onda larga no esta por completo en desuso. Por poner un ejemplo, es necesario saber multiplicar aunque tengamos una calculadora. Si la maquina falla, siempre podemos usar lápiz y papel, elementos que además no agotan sus baterías.
El uso de onda larga para radiolocalización se debe a las particulares condiciones de propagación de las ondas de radio en este margen de frecuencias. Desde la antena emisora, la onda avanza en línea recta en todas direcciones, sin experimentar apenas retardos ni desviaciones en su trayectoria. Prácticamente como si de un faro convencional se tratase, el emisor constituye un punto de referencia fiable sobre el que tomar un rumbo (figura 1). Si disponemos de mas emisores con los que repetir la operación es posible determinar la posición propia por triangulación. Este es el sistema mas sencillo y el que emplean habitualmente los radioaficionados en sus competiciones de radiolocalización, aunque no emplean onda larga, claro.
Los receptores LORAN y DECCA utilizan inicialmente la señal de dos radiofaros que emiten pulsos sincronizados, miden el desfase entre las dos señales recibidas (comparan cuanto mas tarda en llegar la señal de un radiofaro sobre la del otro) y calculan la distancia relativa del barco a cada uno de ellos. Luego con un tercer radiofaro se realiza la misma operación y de este modo queda fijada la posición del barco. Esta técnica se llama también "navegación hiperbólica" ya que para un mismo valor de desfase, el barco puede hallarse a lo largo de una línea que toma la forma de una hipérbola. Las cartas náuticas especiales tienen impresas ya esas líneas que se corresponden con los desfases medidos por el receptor, y es sobre ellas donde se calcula la posición.
Esta técnica guarda cierta similitud con el funcionamiento del sistema GPS. En este caso el sistema, ya totalmente digital, se basa en una red de satélites que transmiten señales con una codificación de tiempo. El receptor al recibir esta información la compara con su reloj interno y determina cuanto ha tardado en llegar la señal (figura 2). Estamos hablando de fracciones de tiempo muy pequeñas, por lo que los relojes de receptor y satélite deben ser extraordinariamente precisos y guardar cierta sincronización. El aparato receptor puede ser extremadamente pequeño y necesita al menos la señal de tres satélites para proporcionar las coordenadas de latitud y longitud, con un cuarto satélite puede facilitar también la altura. En general los receptores suelen emplear la señal de varios satélites para reducir el error y aumentar la precisión.
Tanto la navegación hiperbólica como la navegación GPS son técnicas relativamente complejas que precisan el uso de receptores especiales. Pero tal y como si dejásemos de lado la calculadora y tomásemos lápiz y papel, veremos ahora la técnica básica de radiolocalización por triangulación, que para ofrecer cierta exactitud necesita unos elementos mínimos como un receptor, una antena directiva, un mapa y brújula, lápiz y regla. La antena directiva es necesaria para determinar la dirección y sentido de la señal de radio. Si es bidirectiva, como un dipolo, solo nos indicará la dirección pero no el sentido. Existe también una técnica para determinar la dirección y sentido de la señal con el empleo de antenas no directivas, pero que requieren el uso de aparatos especiales para detectar el efecto Doppler sobre la onda, en el cual se basan.
Tampoco es muy preciso el sistema usado habitualmente en las "cacerías de zorro" de Banda Ciudadana, que consiste en determinar la localización del emisor observando la intensidad de la señal en el S-meter del receptor y usando una antena omnidireccional instalada sobre el vehículo. Dadas las limitaciones del receptor para detectar pequeñas variaciones de señal cuando el emisor esta próximo y el no ofrecer ninguna indicación de dirección, hacen que el evento consista en comenzar a dar vueltas con el vehículo en una especie de espiral hasta llegar finalmente al emisor. Aquí juega un papel mas importante incluso la intuición del participante y el conocimiento del terreno, que la técnica propiamente dicha.
Para fijar con mayor precisión la dirección de la señal empleando una antena directiva se utiliza el lado en que la antena es menos sensible (figura 3). Para ver el porqué de esto basta con echar un vistazo al diagrama de radiación de la antena. Se aprecia que el ángulo de mayor ganancia del aro es relativamente amplio, lo que se traduce en una zona holgada de máxima recepción. Podemos girar un poco la antena a ambos lados y no apreciaremos cambios significativos en el nivel de señal. Así no es posible establecer una dirección concreta.
Si giramos el aro 90º con respecto a la señal máxima se observa claramente una reducción de su intensidad, pero lo mas importante es que ese punto o dirección de mínima señal es mucho mas crítico y a poco que giremos la antena la señal aumenta de nuevo. Esto nos permite fijar una dirección mucho mas exacta. En la practica se usa el lado de máxima ganancia de la antena para aproximación y delimitar la zona de búsqueda, pasando luego al de mínima ganancia para afinar en la dirección y determinar un rumbo mas exacto.
Para localizar el origen de una señal es preciso conocer al menos dos direcciones perpendiculares entre si, ya que la precisión es mayor que si se apartan de esta condición. Para ello el operador debe disponer de un mapa de la zona y situar sobre el su posición (figura 4). Se supone que partimos de un lugar conocido y fácilmente ubicable en el mapa, tal como un cruce de carreteras, un puente, una loma, o algo así. Marcamos este punto con un lápiz. Si la señal fuese débil debemos tener en cuenta las características del lugar (accidentes geográficos edificios, etc.) que puedan causar atenuación o reflexiones en la señal, e ir realizando aproximaciones sucesivas hasta que tengamos indicios claros de la relativa proximidad del emisor.
Debemos orientar el mapa hacia el norte con ayuda de la brújula (alejarse del vehículo o líneas eléctricas que confundirán a la brújula) y luego tomamos la dirección de la señal con la antena directiva. Trasladamos esa dirección o rumbo al mapa trazando una raya que pase sobre el punto que marca nuestra posición. Si usamos una antena bidirectiva, tendremos dos posibles orígenes de la señal, pero esa incertidumbre se termina en cuanto realicemos otra medida.
Con el mapa en la mano y considerando la dirección de la señal, debemos evaluar otro lugar para repetir la operación. Debe estar suficientemente distanciado del primero para que las direcciones resultantes sean lo mas perpendiculares posible. Lo ideal es realizar un mínimo de tres medidas, cuyas direcciones llevadas al mapa serán tres líneas que casi con seguridad no se cortaran en un punto, sino que donde se juntan formarán un triángulo, dentro del cual presumiblemente se encontrara el emisor que deseamos localizar.
Si el emisor esta distante, se producen reflexiones en montañas o edificios, o hemos cometido algún error, las líneas de dirección tenderán a ser paralelas cruzándose fuera del mapa o no apuntarán hacia una zona común. La práctica será en este caso la que nos permitirá distinguir las señales verdaderamente útiles.
Cuando se trata de localizar portadoras fastidiosas como las que suelen afectar las comunicaciones en VHF y Banda Ciudadana, da mejor resultado la colaboración entre dos o mas operadores. Este tipo de interferencias suelen ser recurrentes y el llegar a determinar su origen es como participar en una carrera de fondo, hay realizar una actividad continuada durante cierto tiempo. Aquí es quizás mas importante el disipar sospechas, ya que no se debe acusar a nadie, ni siquiera como posibilidad, sin tener la seguridad suficiente sobre el origen de la interferencia.
Para "cazar a los malos" debemos tener en el cuarto de radio un mapa de la zona sobre el que se va marcando la ubicación de cada estación conocida así como su nivel de señal medio. Es preciso disponer de antena directiva (mejor exterior) y sistema de rotor. Para esto es suficiente una pequeña antena y un rotor económico, en caso de que no tengamos ya uno instalado.
Sobre el mapa, y alrededor de cada punto que representan nuestras estaciones, se dibuja un círculo con una escala en grados sobre el que llevaremos el rumbo que nos indica la señal. Así se traza una línea con una regla o un hilo.
Esta operación repetida por otro operador facilita otro rumbo desde su estación. Al intercambiarse los datos, cada operador puede trazar sobre su mapa las líneas correspondientes a ambas estaciones y observar la zona de cruce, origen probable del emisor interferente.
Al tener ya marcadas sobre el mapa las estaciones conocidas y sus señales, es fácil distinguir las señales nuevas que pueden coincidir aparentemente en dirección con las estaciones de siempre. O conocer si se trata de una estación fija o móvil. Con esto es posible determinar la zona de procedencia de la interferencia, como actuar después ya es cosa de cada uno.
Antenas adecuadas para radiogoniometría son aquellas que muestran una característica directiva, desde un dipolo hasta una parabólica, pasado por yagis, cúbicas etc. (figura 5). Tradicionalmente en navegación se han empleado antenas magnéticas por su inmunidad al ruido, acusada directividad y reducido tamaño. Son de este tipo las antenas de ferrita y las antenas de cuadro, ya sea resonantes o de banda ancha. También para la localización de emisoras clandestinas se utilizó la antena en H, formada por dos elementos alimentados en oposición de fase. Para nuestro propósito y en VHF las antenas magnéticas son perfectamente válidas, muy pequeñas y discretas, pudiéndose conectar directamente sobre un walkie .
Con el equipo de radio habitual, una antena directiva y un poco de constancia se progresa muy rápido en radiolocalización. Pero es normal que al principio nos acose la incertidumbre al coger la brújula y ponerse a dar vueltas para encontrar el Norte.
Sistemas De Radio-Goniometría
Radio-Goniómetro WD-3300
El sistema WD-3300 satisface las necesidades de quienes buscan un sistema de radio-goniometría, transportable, económico y fácilmente transportable. Se trata de un equipo de Radio-Goniometría (DF) que integra receptores, bacteria recargable, cargador, y un maletín de transporte robust que puede ser desplegado rápidamente y operar con o sin fuentes de alimentación externas. El sistema también incorpora una computadora tipo que puede ser usada concurrentemente para otras aplicaciones. El equipo contiene uno o más receptores WiNRADiO los cuales están disponibles en varios rangos de frecuencias de 20 MHz a 1.8 GHz (el rango de recepción puede ser ampliado hasta 3.5 GHz con un adaptador opcional).
Para la conveniencia del operador los vectores de dirección se indican en forma numérica para valores instántaneos y para promedios.
El display de azimuth circular tiene una referencia Norte adjustable y un modo "polar" de operación. Este permite al usuario evaluar el nivel de la señal en relación a la longitud del trazo. La función ajustable para considerar el tiempo de decaimiento de la señal puede ser utilizada para descartar reflecciones aleatorias. El software de goniometría realiza cálculos estadísticos y presenta los resultados de varias formas haciendo así posible determinar la dirección de una señal aún en las más difíciles condiciones.
Las presentaciones en los modos de "catarata" e "histograma" dan una vision instantánea de la distribución de la señal en el tiempo y sirven para asistir al operador en la validación de los resultados de indicación del azimut.
Radiogoniómetro
Una de las ayudas electrónicas más antiguas en la navegación es el Radiogoniómetro. Este instrumento, fue utilizado durante décadas como ayuda para determinar la posición relativa de una nave. Su principio se basa en que las antenas, respecto a la manera como ellas se comportan, lo hacen de igual forma ya sea transmitiendo como recibiendo y además por el principio de que toda antena emite o recibe las señales con mayor intensidad, cuando se orienta de cierta forma en relación con el transmisor que emite o el receptor que recibe.
Funcionamiento del Radiogoniómetro
Invento de comienzos del siglo XX
Para los científicos e ingenieros, de los primeros años de la década de 1900, fue fácil imaginar que una antena especialmente diseñada sería capaz de determinar con precisión la dirección de donde provienen determinadas emisiones. La aplicación inmediata era utilizar un receptor con su antena especial que serviría como ayuda en la navegación, para que los navegantes pudieran de terminar la ruta que seguían respecto a una estación transmisora o su posición exacta en relación a dos o más estaciones transmisoras.
Antena típica de Radiogoniómetro
Instrumento durante la paz...
Era obvio que si una nave aérea o marítima, podía determinar su posición por ese medio, conociendo la ubicación de determinadas transmisoras, también era posible determinar la ubicación relativa de una estación transmisora si la posición de la receptora era conocida. Usando dos o más estaciones receptoras podía conocerse la ubicación exacta de una estación transmisora desconocida.
Radiogoniómetro británico Raf 1273-5
Y durante la guerra...
Con esas dos formas de aplicación era más que evidente la utilidad militar que tendría el Radiogoniómetro o Direction Finder en inglés, aparte de la utilidad como ayuda en la navegación en tiempos de paz. Se emepleó durante la Gran Guerra, pero como la radio, durante la Segunda Guerra Mundial, estaba en pleno desarrollo su uso estaba totalmente extendido como medio de comunicación y de entretenimiento. Era de esperar que al comenzar la guerra y aún antes, las emisoras clandestinas serían un medio de transmitir información por espías y agentes secretos y por tanto, los servicios de contraespionaje y los policiales también pensaron que el radiogoniómetro sería un instrumento fundamental como apoyo para sus actividades.
ADF alemán usado en vehículos terrestres
para el rastreo de estaciones clandestinas.
Una antena muy particular
Generalmente, las antenas utilizadas por los Radiogoniómetros son del tipo de cuadro o del tipo circular. La característica de esas antenas hace que las señales se reciban con mayor intensidad cuando uno de los bordes está dirigido hacia la estación transmisora. Debido a su forma, las antenas reciben con mayor intensidad desde dos direcciones opuestas y para evitar esa ambigüedad se utiliza una segunda antena que en el receptor refuerza las señales en la dirección verdadera. Si bien los puntos de máxima intensidad no son fáciles de determinar, los de mínima si lo son, es decir que una antena bien diseñada es capaz de hacer desaparecer la señal al orientarla de manera apropiada.
Radiogoniómetro militar alemán. Nótese el amplio
espectro de frecuencias de HF que muestra el dial.
Los receptores
Los receptores usados en radiogoniometría tienen un instrumento de medición para poder leer la intensidad de la señal, pero un operador experto puede determinar la dirección por medios auditivos. En la práctica, las antenas se rotan alrededor de una escala graduada en 360 grados de azimut, donde el operador lee la dirección relativa de la ubicación de la estación recibida.
Otro modelo de Radiogoniómetro alemán
Mejor que un sextante
En los años 30 el compás y el Radiogoniómetro eran los dos únicos instrumentos de navegación de uso común en aviones y barcos. Estos instrumentos les permitían a los comandantes saber cual era su posición relativa y rumbo, a diferencia de las lecturas de posición tomadas con sextante, que requieren de buena visibilidad para su uso, impracticable con mal tiempo y cielos nublados.
Usado por, y en contra, del arma submarina
Cuando las pérdidas de mercantes a manos de los U-Boots llegaron a su máximo, los Aliados con sus Radiogoniómetros o HF/DF (High Frequency/Direction Finding) apodado Huff-Duff, estuvieron en condiciones de descubrir los submarinos alemanes y determinar su posición exacta. Los submarinos usaban mucho las comunicaciones, tanto para transmitir su posición al Cuartel General como para coordinar los movimientos con otros submarinos. Con el Radiogoniómetro barcos y aviones triangulaban a los submarinos y podían establecer su posición exacta.
Antena de Radiogoniómetro en un U-Boot.
Al lado el periscopio de navegación.
Espionaje y contraespionaje
Las emisiones de las estaciones de radiodifusión se utilizaban para determinar las posiciones de las naves, pero también se cambiaban de lugar esas estaciones para engañar al enemigo. Sin embargo había estaciones que siempre transmitían desde el mismo lugar por pertenecer a países neutrales por ejemplo. Estaciones secretas subrepticiamente instaladas en al Ártico por ejemplo, se usaban también como referencia para la propia orientación de las naves amigas, que conocían sus frecuencias y horarios de transmisión.
A la caza de los agentes secretos
Los servicios secretos alemanes, utilizaban cientos de unidades equipadas con Radiogoniómetros para determinar la ubicación de las emisoras clandestinas. Para ello empleaban dos o tres vehículos con el propósito de triangular las posiciones y así poder sorprender a los agentes y espías.
La antena, instalada debajo de este Dakota R4D, versión militar
del DC-3, está protegida para reducir la resistencia al viento.
Instrumento de navegación de ayer y hoy
El radiogoniómetro o Direction Finder es un instrumento que no se ha convertido en reliquia, por el contrario ha sido mejorado, su precisión se ha incrementado y su uso se ha automatizado para brindarle al navegante una ayuda más efectiva. Los modernos ADF son digitales y brindan los resultados inmediatamente, sin necesidad de mucho esfuerzo por parte del navegante. Las antenas tmbién han sido modificadas.
Bueno espero que les sirva de ayuda este blog y espero sus comentarios y recomendaciones para mejor de ser posible. gracias.
http://youtu.be/81wmaYA_lKU
