Raadiopeilingaator

Raadiopeilingaator on seade, mis määrab raadiosignaali allika suunda. Raadiopeilingaatori ajalugu algas 1888. aastal, kui Heinrich Rudolf Hertz detsimeeterlainetega eksperimenteerides avastas, et antennid töötavad eri suundades eri moodi.

Vana raadiopeilingaator Dubendorfi muuseumis

Raadiopeilingaatorit kasutatakse lennunduses ja laevanduses, sõjanduses, teaduses (raadioastronoomias, taevakehade, satelliitide ja kosmoselaevade asukoha määramiseks) ning raadiosignaalide leviku ja häirete uurimiseks.

Osad

Tänapäeva raadiopeilingaatori põhilisteks osadeks on antennisüsteem, raadiovastuvõtjate süsteem, digitaalse töötluse seade ja indikaator ehk väljundseade. Struktuuriskeem on kujutatud joonisel.

Antennisüsteem

Antennisüsteem võib koosneda ühest või mitmest antennist, mis on paigutatud teatud loogika järgi:

• Kui antennid seada ringi või üksteise kohale, toob see kaasa suunadiagrammi kitsenemise vertikaalsuunas.
• Kui antennid seada ühte horisontaalsesse tasapinda, siis väheneb suunadiagrammi laius horisontaaltasapinnas.
• Kui antennid paigutada nii vertikaal- kui horisontaaltasapinda, siis suunadiagramm muutub kitsamaks nii vertikaal- kui horisontaaltasapinnas, võrreldes ühe antenniga saadud diagrammiga.

Antennisüsteemis kasutatakse raam-, varras-, koonus-, suund- ja muid antenne.

Raadiovastuvõtja plokk

Raadiovastuvõtja plokk selekteerib, võimendab sisendsignaali ja muundab selle sagedust. Kõige sagedamini kasutatakse raadiopeilingaatorites piiratud sisendkanalite arvuga raadiovastuvõtja plokki, tavaliselt üks kuni kolm kanalit. Vastuvõtja ploki väljunditest loetakse analoogsignaal vahepealsel sagedusel ja antakse digitaaltöötluse plokki.

Digitaaltöötluse plokk

Digitaaltöötluse plokk saab raadiovastuvõtja ploki väljundist analoogsignaali, mis teisendatakse digitaalsignaaliks vastavalt valitud peilimise meetodile (amplituudi-, faasi- jm. meetodid) ja vastavalt arvutustele määratakse raadiosignaali allika asimuut. Digitaaltöötluse ploki ülesannete hulka võib ka kuuluda signaalide spektraalanalüüs ja digitaalne demodulatsioon või dekodeerimine.

Indikaatoriplokk

Indikaatoriplokk näitab saadud raadiopeilingatsiooni tulemusi operaatorile arusaadaval moel. Plokk võib olla tehtud ka näiteks personaalarvutist, mida lisaks resultaatide näitamisele ja spektraalanalüüsile võib kasutada aparaatide töö juhtimisel või näiteks peilimise tulemuste andmebaasiks. Peilimise resultaate näidatakse joon- või ringdiagrammil.

Peamised karakteristikud

Raadiopeilingaatori olulisemateks tunnusteks on:

Peilimise täpsus

Raadiopeilingaatori täpsuse määrab peilimise nurkmõõtemääramatus, ehk peilimiste ruutkeskmine hälve, mis näitab, kui palju erineb saadud nurk tõelisest (reaalsest) nurgast. Täpseks peilingatsiooniks loetakse mõõtmist täpsusega alla 1°, suure sagedusvahemiku juures (üle 100 MHz). Mida kõrgem on sagedusvahemik, seda väiksem on peilimise nurkhälve. Väiksematel sagedustel (kuni 100 MHz) täpsus halveneb.

Tundlikkus

Peilingatsiooni tundlikkus on raadiopeilingaatori võime väljundis pinget muuta sõltuvalt suunadiagrammi asetuse muutumisest objekti suhtes. Praktiliselt rääkides, tundlikkus näitab raadiopeilingaatori võimet peilida vähevõimsaid või kaugeid signaaliallikaid. Mida suurem on väljundi pinge muutus antud nurga muutuse puhul, ja mida suurem on sagedus, seda suurem on ka tundlikkus.

Mürakindlus

Mürakindlus näitab raadiopeilingaatori võimet töötada erinevate mürade mõju all, seejuures säilitada näidu täpsust antud piirides. Raadiopeilingaatori mürakindluse määrab tema raadiovastuvõtja osade mürakindlus, ruumiline selektiivsus (selektiivsus on võime eristada õiget signaali piisavalt väikese müraga, kui samal ajal teised sarnased signaalid segavad). Mürakindlus sõltub antenni konstruktsioonist, väljundseadme tüübist, töötluse meetodist ja adaptatsioonist antud olukorra mürale. Mürakindluse olulisteks faktoriteks on veel mittetundlikus väljade moonutusele, mittetundlikkus polarisatsioonivigadele, mittetundlikkus mittekoherentsetele häiretele peilitavas sageduskanalis.

Kiirus

Raadiopeilingaatori kiiruseks nimetatakse miinimumaega, mis kulub raadiopeilingaatori seadistamiseks antud sagedusele ja peilingu leidmisele. Raadiovastuvõtja seadistamine mingile sagedusele võib võtta 10–100 ms. Raadiopeilingaatori kiirus on väga oluline parameeter tema kasutamisel. Üldiselt, kiiruse suurendamiseks võib kasutada kiiresti häälestatavaid raadiovastuvõtjaid, vähendada antennielementidest signaali võtmisele kuluvat aega, vähendada antennielementide arvu, vähendada arvutuste hulka (kompromissina peilingatsiooni lahutusvõimele).

Töösageduste vahemik

Igal raadiopeilingaatoril on oma töösageduste vahemik, milles ta suudab peilida nõutud parameetritega. Leidub raadiopeilingaatoreid, millel on väga lai sagedusvahemik – kilohertsidest kümnete gigahertsideni.

Lahutusvõime

Veel üks raadiopeilingaatori oluline parameeter on lahutusvõime, st. võime eristada peilimisel erinevaid raadiosaatjaid, kui neil on lähedased parameetrid. Lahutusvõimeid on kaks:

• Sageduse lahutusvõime määrab sisendi faasimüra ja signaali digitaalse töötluse keerukus.
• Nurk θ (sisendi nurkkoordinaat): minimaalne erinevus nurkades kahe lähedase objekti vahel, kui muud parameetrid on samad.

Peilitava signaali tüüp

See parameeter määrab, mis tüüpi raadiosignaali allikaid ollakse võimeline peilima. Variandid on näiteks impulsssignaalid ilma modulatsioonita, pidevsignaalid ilma modulatsioonita, nurkmodulatsiooniga impulsssignaalid, nurkmodulatsiooniga pidevsignaalid, lineaarse sagedusmodulatsiooniga impulsssignaalid. Peilitava signaali tüüp on otseselt seotud sisendi sagedusvahemikuga ja kiirusega. Mida suurem on peilingaatori sagedusvahemik, seda suurema sagedusvahemikuga ja seda lühiajalisemaid signaale on võimalik peilida.

Raadiopeilingaatori tüübid

On mitu meetodit, kuidas saada informatsiooni signaaliallika suuna kohta (peilida). Raadiopeilingaatori tüüp sõltub peilingatsiooni meetodist. Tüüpe on erinevaid: vastavalt vastu võetava signaali uuritavale parameetrile jagunevad peilingaatorid amplituud-, faasi- ja amplituudi-faasipeilingaatoriteks. Tavaliselt kasutatakse raadiopeilingaatorites amplituudi- või faasimeetodit. Vastavalt saatjast info saamise meetodile jagunevad peilingaatorid ühekanalisteks ja mitmekanalisteks (peilingaator suudab korraga vastu võtta vastavalt ühe või mitme erineva sagedusega raadiosignaali).

Amplituudraadiopeilingaator

Amplituudimeetod peilimiseks põhineb suundantennide kasutamisel. Nurkkoordinaadi muutumine on seotud signaali amplituudi muutumisega antenni väljundis. Amplituudimeetodiga peilimiseks kasutatakse antennisüsteemi, millel on üks või mitu selgesti eristuvat miinimumi või maksimumi. Selle meetodiga võib peilida nii käsitsi (keerates antenni ja kuulates signaali valjust) kui ka automaatselt.

Tänapäeval kasutatakse mitut amplituudimeetodit: maksimumi, miinimumi, võrdluse, võrdsete signaalide meetod.
Maksimumi meetodi puhul on suundantenn suunatud täpselt signaaliallikale hetkel, kui vastuvõetava signaali amplituud on maksimaalne. Praktiliselt kasutatakse maksimumi meetodit ultralühilainete sagedusvahemikus.
Võrdsete signaalide meetodi puhul võrreldakse kaht signaali, mis saadakse samast allikast kahe eri suundantenniga. Antennide suunanurgad erinevad väikese nurga võrra, seega kui antennidest loetud signaalid on võrdsed, on signaaliallikas antennide vahel.

Faasiraadiopeilingaator

Faasimeetod peilimiseks põhineb elektromagnetlainete faaside erinevuse mõõtmisel erinevates antennides.
Faasimeetodi eelis on suhteliselt suur mõõtmistäpsus, puudusteks on fakt, et tulemus ei ole üheselt määratud ja võimetus eri signaaliallikaid eristada.
Faasimeetodiga peilimise üheks variandiks on Doppleri peilingaator, mis põhineb Doppleri efektil, samuti kvaasidoppleri peilingaator. Doppleri efektil põhineval raadiopeilingaatoril on head omadused:

• Ruumiline selektiivsus – mitmelt saatjalt tulevad signaalid ei lähe omavahel segamini
• Hea tundlikkus

Doppleri raadiopeilingaatori puuduseks on teatud ajaline viide, mis kulub peilingu leidmisele.