La radiogoniometría de alta frecuencia , generalmente conocida por su abreviatura HF/DF o sobrenombre huff-duff , es un tipo de radiogoniómetro (RDF) introducido en la Segunda Guerra Mundial . La alta frecuencia (HF) se refiere a una banda de radio que puede comunicarse eficazmente a largas distancias; por ejemplo, entre los submarinos y sus cuarteles generales en tierra. HF/DF se usaba principalmente para captar radios enemigas mientras transmitían, aunque también se usaba para localizar aviones amigos como ayuda a la navegación. La técnica básica sigue utilizándose como una de las disciplinas fundamentales de la inteligencia de señales , aunque normalmente se incorpora a un conjunto más amplio de sistemas de radio y radares en lugar de ser un sistema independiente.
En sistemas RDF anteriores, el operador hacía girar mecánicamente una antena o solenoide y escuchaba picos o nulos en la señal para determinar el rumbo hacia el transmisor. Esto llevó un tiempo considerable, del orden de un minuto o más. En los sistemas HF/DF, un conjunto de antenas recibían la señal en ubicaciones o ángulos ligeramente diferentes y luego usaban las ligeras diferencias en la señal para mostrar el rumbo en la pantalla de un osciloscopio de manera esencialmente instantánea, lo que le permitía captar señales fugaces, como las de la flota de submarinos.
El sistema fue desarrollado inicialmente por Robert Watson-Watt a partir de 1926, como un sistema de localización de rayos . Su papel en la inteligencia no se desarrolló hasta finales de los años treinta. Al comienzo del período de la guerra, las unidades HF/DF tenían una demanda muy alta y había una considerable rivalidad entre servicios involucrada en su distribución. Uno de los primeros usos fue por parte del Comando de Cazas de la RAF como parte del sistema Dowding de control de interceptación, mientras que las unidades terrestres también se utilizaron ampliamente para recopilar información para que el Almirantazgo localizara los submarinos. Entre 1942 y 1944, las unidades más pequeñas estuvieron ampliamente disponibles y eran elementos comunes en los barcos de la Royal Navy . Se estima que HF/DF contribuyó al 24% de todos los submarinos hundidos durante la guerra. [1]
El concepto básico también se conoce con varios nombres alternativos, incluido el de radiogoniometría catódica (CRDF), [2] Twin Path DF, [1] y para su inventor, Watson-Watt DF o Adcock/Watson-Watt cuando la antena está consideró. [3]
La radiogoniometría era una técnica muy utilizada incluso antes de la Primera Guerra Mundial , utilizada tanto para la navegación naval como aérea. El concepto básico utilizaba una antena de cuadro , en su forma más básica simplemente un bucle circular de cable con una circunferencia determinada por el rango de frecuencia de las señales a detectar. Cuando el bucle se alinea en ángulo recto con la señal, la señal en las dos mitades del bucle se cancela, produciendo una caída repentina en la salida conocida como "nula".
Los primeros sistemas DF utilizaban una antena de cuadro que podía girarse mecánicamente. El operador sintonizaría una estación de radio conocida y luego giraría la antena hasta que la señal desapareciera. Esto significaba que la antena ahora estaba en ángulo recto con la emisora, aunque podía estar a cualquier lado de la antena. Tomando varias de estas mediciones, o utilizando alguna otra forma de información de navegación para eliminar una de las direcciones ambiguas, se podría determinar la orientación hacia la emisora.
En 1907, Ettore Bellini y Alessandro Tosi introdujeron una mejora que simplificó enormemente el sistema DF en algunas configuraciones. La antena de un solo cuadro fue reemplazada por dos antenas, dispuestas en ángulo recto. La salida de cada uno se enviaba a su propio cable en bucle, o como se les llama en este sistema, una "bobina de campo". Dos de estas bobinas, una para cada antena, están dispuestas juntas en ángulo recto. Las señales de las dos antenas generaban un campo magnético en el espacio entre las bobinas, que era captado por un solenoide giratorio , la "bobina de búsqueda". La señal máxima se generó cuando la bobina de búsqueda se alineó con el campo magnético de las bobinas de campo, que estaba en el ángulo de la señal en relación con las antenas. Esto eliminó cualquier necesidad de que las antenas se movieran. El radiogoniómetro Bellini-Tosi (BT) se utilizó ampliamente en los barcos, aunque los bucles giratorios siguieron utilizándose en los aviones, ya que normalmente eran más pequeños. [4]
Todos estos dispositivos tardaron tiempo en funcionar. Normalmente, el operador de radio utilizaría primero sintonizadores de radio convencionales para encontrar la señal en cuestión, ya sea utilizando la(s) antena(s) DF o una antena no direccional separada. Una vez sintonizadas, el operador hacía girar las antenas o el goniómetro buscando picos o nulos en la señal. Aunque la ubicación aproximada se podía encontrar girando rápidamente el control, para obtener mediciones más precisas el operador tenía que "buscar" con movimientos cada vez más pequeños. Con señales periódicas como el código Morse , o señales al margen de la recepción, este fue un proceso difícil. Comúnmente se citaban tiempos fijos del orden de un minuto. [4]
Algunos trabajos para automatizar el sistema BT se llevaron a cabo justo antes del comienzo de la Segunda Guerra Mundial, especialmente por los ingenieros franceses Maurice Deloraine y Henri Busignies , que trabajaban en la división francesa de la ITT Corporation de Estados Unidos . Su sistema motorizó la bobina de búsqueda, así como una tarjeta de visualización circular, que giraba en sincronización. Una lámpara en la tarjeta de visualización estaba atada a la salida del goniómetro y parpadeaba siempre que estaba en la dirección correcta. Al girar rápidamente, a unas 120 RPM, los destellos se fusionaban en un solo punto (errante) que indicaba la dirección. El equipo destruyó todo su trabajo en la oficina francesa y abandonó Francia en 1940, justo antes de la invasión alemana, y continuó el desarrollo en Estados Unidos. [5]
Se sabe desde hace mucho tiempo que los rayos emiten señales de radio. La señal se distribuye en muchas frecuencias, pero es particularmente fuerte en el espectro de onda larga , que era una de las principales frecuencias de radio para las comunicaciones navales de largo alcance. Robert Watson-Watt había demostrado que las mediciones de estas señales de radio podían usarse para rastrear tormentas y proporcionar advertencias útiles de largo alcance para pilotos y barcos. En algunos experimentos pudo detectar tormentas eléctricas sobre África, a 2.500 kilómetros (1.600 millas) de distancia. [6]
Sin embargo, los rayos duraron tan poco tiempo que los sistemas RDF tradicionales que utilizan antenas de bucle no pudieron determinar el rumbo antes de que desaparecieran. [7] Todo lo que se pudo determinar fue una ubicación promedio que produjera la mejor señal durante un largo período, incorporando la señal de muchos strikes. [6] En 1916, Watt propuso que se podría utilizar un tubo de rayos catódicos (CRT) como elemento indicador en lugar de sistemas mecánicos, [8] pero no tenía la capacidad de probarlo.
Watt trabajó en la Oficina Meteorológica de la RAF en Aldershot , pero en 1924 decidieron devolver el lugar para utilizarlo para la RAF. En julio de 1924, Watt se mudó a un nuevo sitio en Ditton Park, cerca de Slough . Este sitio ya albergaba el sitio de investigación de la Sección de Radio del Laboratorio Nacional de Física (NPL). Watt participó en la rama de Atmosférica, realizando estudios básicos en la propagación de señales de radio a través de la atmósfera, mientras que la NPL participó en mediciones de intensidad de campo en el campo e investigaciones de radiogoniometría. NPL utilizó dos dispositivos en estos estudios que resultarían críticos para el desarrollo de huff-duff: una antena Adcock y un osciloscopio moderno . [6]
La antena Adcock es una disposición de cuatro mástiles monopolo que actúan como dos antenas de cuadro virtuales dispuestas en ángulo recto. Comparando las señales recibidas en los dos bucles virtuales, se puede determinar la dirección de la señal utilizando técnicas RDF existentes. Los investigadores habían instalado la antena en 1919, pero la habían descuidado en favor de diseños más pequeños. Se descubrió que tenían un rendimiento muy pobre debido a las características eléctricas del área de Slough, lo que dificultaba determinar si se recibía una señal en línea recta o desde el cielo. Smith-Rose y Barfield volvieron a centrar su atención en la antena Adcock, que no tenía componente horizontal y por tanto filtraba las "ondas del cielo". En una serie de experimentos de seguimiento pudieron determinar con precisión la ubicación de los transmisores en todo el país. [9]
Fue el continuo deseo de Watt de capturar la ubicación de los rayos individuales lo que condujo a los principales desarrollos finales en el sistema básico de Huff-Duff. El laboratorio había recibido recientemente un osciloscopio WE-224 de Bell Labs , que proporcionaba una fácil conexión y tenía un fósforo persistente . Trabajando con Jock Herd, en 1926 Watt añadió un amplificador a cada uno de los dos brazos de la antena y envió esas señales a los canales X e Y del osciloscopio. Como se esperaba, la señal de radio produjo un patrón en la pantalla que indicaba la dirección del impacto, y el fósforo de lenta descomposición le dio al operador tiempo suficiente para medirlo antes de que la pantalla se apagara. [6] [7]
Watt y Herd escribieron un extenso artículo sobre el sistema en 1926, refiriéndose a él como "Un radiogoniómetro instantáneo de lectura directa" y afirmando que podría usarse para determinar la dirección de señales que duran tan solo 0,001 segundos. [10] El artículo describe el dispositivo en profundidad y continúa explicando cómo podría usarse para mejorar la radiogoniometría y la navegación. A pesar de esta demostración pública y de las películas que muestran su uso para localizar rayos, el concepto aparentemente sigue siendo desconocido fuera del Reino Unido. Esto permitió que se desarrollara en forma práctica en secreto.
Durante la prisa por instalar los sistemas de radar Chain Home (CH) antes de la Batalla de Gran Bretaña , las estaciones CH se ubicaron lo más adelante posible, a lo largo de la costa, para brindar el máximo tiempo de alerta. Esto significó que las áreas del interior sobre las Islas Británicas no tenían cobertura de radar, confiando en cambio en el Cuerpo de Observadores (más tarde Cuerpo Real de Observadores) para el seguimiento visual en esta área. Si bien el Cuerpo de Observadores pudo proporcionar información sobre grandes incursiones, los combatientes eran demasiado pequeños y demasiado altos para ser identificados positivamente. Como todo el sistema de control aéreo de Dowding dependía de la dirección terrestre, se necesitaba alguna solución para localizar a sus propios cazas. [11]
La solución conveniente a esto fue el uso de estaciones huff-duff para sintonizar las radios de los cazas. Cada Control de Sector, a cargo de una selección de escuadrones de cazas, estaba equipado con un receptor huff-duff, junto con otras dos subestaciones ubicadas en puntos distantes, a unas 30 millas (48 km) de distancia. Estas estaciones escucharían las transmisiones de los combatientes, compararían los ángulos para triangular su ubicación y luego transmitirían esa información a las salas de control. [12] Comparando las posiciones del enemigo reportadas por el Cuerpo de Observadores y los cazas de los sistemas huff-duff, los Comandantes de Sector podrían fácilmente ordenar a los cazas que interceptaran al enemigo.
Para ayudar en este proceso, se instaló en algunos de los cazas un sistema conocido como " pip-squeak ", al menos dos por sección (con hasta cuatro secciones por escuadrón). Pip-squeak envió automáticamente un tono constante durante 14 segundos cada minuto, ofreciendo tiempo suficiente para que los operadores de huff-duff rastrearan la señal. Tenía el inconveniente de bloquear la radio del avión mientras transmitía su señal DF. [ cita necesaria ]
La necesidad de aparatos DF era tan aguda que el Ministerio del Aire inicialmente no pudo suministrar las cantidades solicitadas por Hugh Dowding , comandante del Comando de Cazas de la RAF . En batallas simuladas durante 1938, se demostró que el sistema era tan útil que el Ministerio respondió proporcionando sistemas Bellini-Tosi con la promesa de que las versiones CRT los reemplazarían lo antes posible. Esto podría lograrse en el campo, simplemente conectando las antenas existentes a un nuevo receptor. En 1940, estos estaban implementados en los 29 "sectores" del Comando de Cazas y fueron una parte importante del sistema que ganó la batalla.
Junto con el sonar ("ASDIC"), la inteligencia para descifrar códigos alemanes y el radar , "Huff-Duff" fue una parte valiosa del arsenal de los aliados para detectar submarinos alemanes y asaltantes comerciales durante la Batalla del Atlántico .
La Kriegsmarine sabía que los radiogoniómetros podían utilizarse para localizar sus barcos en el mar cuando esos barcos transmitían mensajes. En consecuencia, desarrollaron un sistema que convertía mensajes rutinarios en mensajes breves. La " kurzsignale " resultante se codificó con la máquina Enigma (por seguridad) y se transmitió rápidamente. Un operador de radio experimentado puede tardar unos 20 segundos en transmitir un mensaje típico. [13] Si el Reino Unido hubiera estado utilizando sistemas BT, el único sistema conocido por los alemanes en ese momento, determinar la ubicación de dicha transmisión habría requerido mucha suerte. Con Huff-duff, estos mensajes eran más que suficientes para medirlos fácilmente.
Al principio, el sistema de detección del Reino Unido constaba de varias estaciones costeras en las Islas Británicas y el Atlántico Norte, que coordinarían sus interceptaciones para determinar las ubicaciones. Las distancias involucradas en la localización de submarinos en el Atlántico desde las estaciones de radiogoniometría en tierra eran muy grandes, y la precisión del radiogoniometría era relativamente ineficiente, por lo que las correcciones no fueron particularmente precisas. En 1944, la Inteligencia Naval desarrolló una nueva estrategia en la que se construyeron grupos localizados de cinco estaciones DF costeras para poder promediar las demoras de cada una de las cinco estaciones y obtener una demora más confiable. Se crearon cuatro de estos grupos en Gran Bretaña: en Ford End en Essex, Anstruther en Fife, Bower en las Tierras Altas de Escocia y Goonhavern en Cornwall. Se pretendía crear otros grupos en Islandia, Nueva Escocia y Jamaica. [14] Se descubrió que el promedio simple era ineficaz y posteriormente se utilizaron métodos estadísticos. También se pidió a los operadores que calificaran la confiabilidad de sus lecturas para que las pobres y variables recibieran menos peso que las que parecían estables y bien definidas. Varios de estos grupos de DF continuaron hasta la década de 1970 como parte de la Organización de Señales Compuestas . [15]
Se utilizaron sistemas terrestres porque había graves problemas técnicos al operar en los barcos, principalmente debido a los efectos de la superestructura en el frente de onda de las señales de radio que llegaban. Sin embargo, estos problemas se superaron bajo la dirección técnica del ingeniero polaco Wacław Struszyński , que trabajaba en el Admiralty Signal Establishment. [16] A medida que se equipaban los barcos, se llevó a cabo una compleja serie de mediciones para determinar estos efectos y se suministraron tarjetas a los operadores para mostrar las correcciones requeridas en varias frecuencias. En 1942, la disponibilidad de tubos de rayos catódicos mejoró y ya no era un límite en la cantidad de conjuntos Huff-Duff que podían producirse. Al mismo tiempo, se introdujeron conjuntos mejorados que incluían sintonización continua impulsada por motor, para escanear las frecuencias probables y hacer sonar una alarma automática cuando se detectaba alguna transmisión. Los operadores podrían entonces ajustar rápidamente la señal antes de que desapareciera. Estos equipos se instalaron en escoltas de convoyes, lo que les permitió localizar los submarinos que transmitían desde el horizonte, más allá del alcance del radar. Esto permitió enviar barcos y aviones cazadores-asesinos a alta velocidad en dirección al submarino, que podría localizarse mediante radar si aún estaba en la superficie o ASDIC si estaba sumergido.
Desde agosto de 1944, Alemania estaba trabajando en el sistema Kurier , que transmitiría una kurzsignale completa en una ráfaga de no más de 454 milisegundos, demasiado corta para ser localizada o interceptada para descifrarla, pero el sistema no había entrado en funcionamiento al final del guerra.
El concepto básico del sistema huff-duff es enviar la señal desde dos antenas a los canales X e Y de un osciloscopio. Normalmente, el canal Y representaría norte/sur para las estaciones terrestres o, en el caso del barco, estaría alineado con el rumbo del barco hacia adelante/atrás. Por lo tanto, el canal X representa este/oeste o babor/estribor.
La desviación del punto en la pantalla del osciloscopio es una indicación directa de la fase instantánea y la intensidad de la señal de radio. Dado que las señales de radio consisten en ondas, la señal varía en fase a un ritmo muy rápido. Si se considera la señal recibida en un canal, digamos Y, el punto se moverá hacia arriba y hacia abajo, tan rápidamente que parecería ser una línea vertical recta, que se extiende a distancias iguales desde el centro de la pantalla. Cuando se agrega el segundo canal, sintonizado a la misma señal, el punto se moverá en las direcciones X e Y al mismo tiempo, haciendo que la línea se vuelva diagonal. Sin embargo, la señal de radio tiene una longitud de onda finita , por lo que a medida que viaja a través de los bucles de la antena, la fase relativa que se encuentra con cada parte de la antena cambia. Esto hace que la línea se desvíe formando una elipse o una curva de Lissajous , dependiendo de las fases relativas. La curva se gira de modo que su eje mayor quede a lo largo del rumbo de la señal. En el caso de una señal hacia el noreste, el resultado sería una elipse a lo largo de la línea de 45/225 grados en la pantalla. [17] Dado que la fase cambia mientras se dibuja la pantalla, la forma mostrada resultante incluye "difuminación" que debía tenerse en cuenta. [18]
Esto deja el problema de determinar si la señal es noreste o suroeste, ya que la elipse es igualmente larga en ambos lados del punto central de la visualización. Para resolver este problema se añadió a esta mezcla una antena separada, la "antena sensorial". Se trataba de una antena omnidireccional ubicada a una distancia fija de los bucles, aproximadamente a 1/2 longitud de onda de distancia. Cuando esta señal se mezclaba, la señal de fase opuesta de esta antena suprimiría fuertemente la señal cuando la fase estuviera en la dirección de la antena detectora. Esta señal se envió al canal de brillo, o eje Z, del osciloscopio, lo que provocó que la pantalla desapareciera cuando las señales estaban desfasadas. Al conectar la antena de detección a uno de los bucles, digamos el canal norte/sur, la visualización se suprimiría fuertemente cuando estuviera en la mitad inferior de la pantalla, lo que indicaría que la señal está en algún lugar hacia el norte. En este punto la única orientación posible es la del noreste. [19]
Las señales que reciben las antenas son muy pequeñas y de alta frecuencia, por lo que primero se amplifican individualmente en dos receptores de radio idénticos. Esto requiere que los dos receptores estén extremadamente bien equilibrados para que uno no amplifique más que el otro y, por tanto, cambie la señal de salida. Por ejemplo, si el amplificador de la antena norte/sur tiene un poco más de ganancia, el punto no se moverá a lo largo de la línea de 45 grados, sino quizás de la línea de 30 grados. Para equilibrar los dos amplificadores, la mayoría de las configuraciones incluían un "bucle de prueba" que generaba una señal de prueba direccional conocida. [20]
Para los sistemas a bordo, la superestructura del barco presentaba una causa grave de interferencia, especialmente en fase, ya que las señales se movían alrededor de las diversas obstrucciones metálicas. Para solucionar este problema, el barco estaba anclado mientras un segundo barco transmitía una señal de prueba desde aproximadamente una milla de distancia, y las señales resultantes se registraban en una hoja de calibración. Luego, el barco de transmisión se trasladaría a otra ubicación y se repetiría la calibración. La calibración fue diferente para diferentes longitudes de onda y direcciones; construir un juego completo de láminas para cada barco requirió un trabajo importante. [21]
Las unidades navales, en particular el conjunto común HF4, incluían una placa de plástico giratoria con una línea, el "cursor", que se utilizaba para ayudar a medir el ángulo. Esto podría resultar difícil si las puntas de la elipse no llegaran al borde de la pantalla o se salieran de él. Al alinear el cursor con los picos en cada extremo, esto se volvió simple. Las marcas de almohadilla a cada lado del cursor permitían medir el ancho de la pantalla y usarlas para determinar la cantidad de desenfoque.
{{cite encyclopedia}}: |work=ignorado ( ayuda )Otras lecturas