Пеленгация радиосигналов. Как это работает?
В предыдущей части была рассмотрена возможность приема сигнала гетеродина работающего радиоприемника. Рассмотрим теперь более общий вопрос — а как вообще пеленгуется радиосигнал? С какой точностью?
Что правда а что миф, попробуем разобраться.
Примечание: доступа к реальному пеленгатору для проведения реальных тестов у меня нет. Вся информация была найдена в открытых источниках.
Принципы пеленгации радиоволн
Направленные антенны
Самый наверное, очевидный, и исторически появившийся первым, это способ пеленгации сигналов с помощью направленных антенн. Использовался в частности во времена СССР для спортивных соревнований по радиопеленгации, называемых «охота на лис». Обложка журнала Радио того времени показывает как примерно это выглядело:
Нас же сейчас больше интересует не спортивная, а техническая сторона вопроса. Как видно из фото, приемник содержит 2 антенны: одну рамочную, другую штыревую. Схемотехнически сигналы из антенн комбинируются так, что получается диаграмма направленности в виде кардиоиды (схема с сайта unradio.ru):
Как можно видеть, диаграмма направленности весьма широкополосна, однако вполне позволяет «засечь» направление на максимум сигнала. Точность определения максимума не особо высока, что впрочем компенсировалось скоростью и физ.подготовкой спортсмена.
Если говорить о современных устройствах, то нечто похожее можно видеть например в носимом пеленгаторе «АРК-НК3И», который как можно видеть из описания, тоже снабжен рамочной антенной. Подробных описаний найти не удалось, но можно предположить что точность взятия пеленга таким устройством примерна сопоставима с вышеупомянутой кардиоидой.
Фазовые методы
С направленными антеннами все более-менее ясно, так же ясно, что их надо как минимум, крутить, или с ними идти, что конечно неудобно. Гораздо больший интерес представляют фазовые методы, которые позволяют брать пеленг на сигнал с помощью антенны неподвижной.
(антенна пеленгатора РПс3000и, фото с сайта irga.sut.ru/sp.html)
Существуют разные подмножества фазовых методов, рассмотрим для примера принцип квази-допплеровского пеленгатора. Представим сигнал, идущий с определенного направления, и антенну, вращающуюся в горизонтальной плоскости.
Очевидно, что благодаря эффекту Допплера, во время движения антенны в сторону источника, частота будет выше, в обратную сторону, соответственно ниже. Анализируя максимум и минимум колебаний частоты, можно легко определить направление. Разумеется, в реале антенну никто не вращает — используется стационарная решетка из антенн (примерно как на фото), переключение сигнала с которых выполняется электронной коммутацией. Сравнивая фазы сигналов, можно определить направление на источник излучения.
Кстати, подобные устройства могут использоваться и радиолюбителями, например для той же «охоты на лис». За 400$ возможно приобрести готовый Doppler Direction Finder Kit:
Существуют и более простые схемы, содержащие не более 20 деталей. В них в качестве приемника используется уже готовая радиостанция, а доделать необходимо лишь модуль для переключения антенн.
Впрочем, вернемся к пеленгаторам стационарным. Наверное основной вопрос, который интересует пользователей — это точность и частотный диапазон пеленгации. Для примера можно рассмотреть Стационарный пеленгатор «АРК-СП», описание которого есть на сайте bnti.ru:
— Рабочий диапазон частот: 20 — 3000 МГц
— Чувствительность по полю в диапазоне 20-1000 МГц: не более 12 мкВ/м
— Инструментальная точность (СКО), не более: 2° (20-1000 МГц)
— Минимальная длительность пеленгуемого сигнала, однократного при полосе обработки 5 МГц: 30 мс
— Непрерывная запись радиосигналов в полосе: до 24 МГц, скорость потока данных при непрерывной записи радиосигнала в полосе 24 МГц: 102,4 МБайт/с
Из этого описания можно выделить ряд полезных фактов:
— Рабочий диапазон частот простирается до 3ГГц, что покрывает все практически возможные источники сигналов.
— Для пеленга действительно достаточно очень короткого сигнала.
— Максимальная полоса записываемого сигнала 24МГц, это связано с максимальной частотой дискретизации доступных АЦП. Описание на сайте датируется 2012м годом, учитывая некий прогресс, можно предположить что сейчас доступны АЦП на 60 или даже на 100МГц. Но больше вряд ли, и однозначно можно сказать, что весь радиоэфир никто не пишет, это слишком сложно и дорого. Таким образом, пеленгация сигнала «задним числом» по записи практически невозможна, разве что сигнал попал в запись случайно.
— Заявленная точность не более 2°, что с одной стороны, весьма неплохо, с другой стороны, явно недостаточно для поиска с точностью «до квартиры». Более того, как следует из принципа действия, в вертикальной плоскости сигнал не пеленгуется вообще, так что узнать высоту источника (или этаж) тоже невозможно.
Кстати о точности, на том же сайте можно найти скриншот программы Radio Explorer где видна точность работы пеленгатора РПс3000и:
На каком максимальном расстоянии возможно запеленговать радиосигнал? Достаточно далеко, т.к. антенны пеленгаторов обычно ставят на самых высоких зданиях в городе. На сайте ess.ru удалось найти опубликованную в 2006 году статью, в которой приведена следующая таблица (пеленгация радиостанции мощностью 5Вт):
Как можно видеть, максимальная дальность составила 27 км
Что касается автомобильных пеленгаторов, то их описание (включая фото монтажа и установки, а также рабочих мест операторов) можно найти в той же статье.
Заключение
Надеюсь, кое-какие мифы о пеленгации удалось развеять, кое-какие подтвердить. Все данные для статьи были взяты из открытых источников, 5-10 летней давности. Что-то вероятно было улучшено, но явно не на порядки, да и законы физики в этой области за 10 лет вроде не менялись.
Хочется отметить и другой момент. Несмотря на то, что современные технологии не позволяют запеленговать нарушителя с точностью до квартиры, комнаты и этажа, через секунду после нажатия кнопки PTT, все же не стоит обольщаться. Как показывает практика, злостных нарушителей все-таки ловят, это лишь вопрос времени.
2.3.7.Анализ существующих методов обнаружения источников радиосигналов.
При передаче любой информации по радиоканалу используется изменение того или иного параметра или комбинации из нескольких параметров радиосигнала. Очевидно, что невозможно передать информацию, совершенно не изменяя сигнал несущей радиочастоты. Однако применение сложных видов модуляции позволяет сделать задачу определения изменений параметров радиосигнала крайне сложной для решения и требующей для этого значительных усилий.
Наиболее распространёнными методами определения наличия излучения в исследуемом объёме в радиочастотном диапазоне, как было упомянуто ранее, являются амплитудный, кратных гармонических составляющих, корреляционный и метод акустозавязки. Все они в различной степени перекликаются и часто сочетаются между собой. Можно также утверждать, что один из них является частным случаем другого, но, тем не менее, каждый из них может существовать в отдельности. Хотя все они были рассмотрены ранее, напомним кратко ещё раз суть каждого из них.
Первый достаточно распространён в простейших индикаторах поля и особых пояснений не требует. По мере приближения к источнику радиоизлучения, расположенному в исследуемом объёме, происходит значительное повышение уровня сигнала, отображаемого на графическом или светодиодном индикаторе. Для источников, находящихся вне исследуемого объёма и на значительном расстоянии, подобное изменение амплитуды будет малозаметным. Объясняется это явление обратной зависимостью мощности сигнала в точке от квадрата расстояния до источника радиоизлучения. Но даже при обнаружении передатчика, данный метод не определяет его, как канал утечки информации, если у индикатора нет возможности прослушивать соответствующим образом демодулированный сигнал. Таким образом, просто устанавливается наличие предающего устройства в исследуемом объёме без отнесения его к группе опасных или неопасных.
Метод обнаружения радиоизлучения на кратных основной частоте гармонических составляющих спектра базируется на следующем факте. Любой радиопередатчик имеет внеполосные излучения на частотах, кратных целому числу, помноженному на основную частоту. Особенно «грешат» подобным недугом простейшие радиопередатчики, в целях миниатюризации и энергопотребления лишённые каких–либо фильтрующих цепей. При этом наибольшую амплитуду имеют вторая и третья гармоники. Амплитуда более высоких гармонических составляющих спектра радиопередатчика значительно понижается с ростом номера множителя. Промышленные же передающие устройства имеют строгие нормы на внеполосные излучения, что позволяет их в определённой степени идентифицировать по данному признаку и отличить от «кустарно» изготовленных устройств.
Метод акустозавязки является своего рода развитием амплитудного. В приёмном устройстве или индикаторе осуществляется простейшая демодуляция сигнала и прослушивание его на внешний акустический излучатель. При превышении определённого уровня громкости демодулированного сигнала в акустическом излучателе и сокращении расстояния между ним и микрофоном радиопередатчика ниже критического обеспечиваются условия возникновения отрицательной обратной связи. Характерным признаком подобного процесса является появление свиста, тон и интенсивность которого изменяются при дальнейшем приближении акустического излучателя прибора к микрофону радиопередатчика и уже по-настоящему свидетельствующего о наличии канала утечки в исследуемом объёме на выявленной частоте.
Корреляционный метод является одним из самых эффективных среди представленных, но отнюдь не лишённым от этого недостатков. Его эффективность, так же как и у метода акустозавязки, проявляется только для открытых каналов утечки, то есть с применением стандартных видов модуляции (АМ, ЧМ и другие). Демодулированный сигнал подвергается корреляционной обработке совместно с сигналом, поступающим от встроенного в прибор микрофона, улавливающего те же звуковые колебания, что и микрофон радиопередатчика. Вычисляемый коэффициент корреляции позволяет судить о степени схожести информационного сигнала и сигнала, фактически «взятого» из канала утечки на выявленной частоте. Этот метод даёт большую свободу в принятии решения оператору.
Как видно, ни один из перечисленных методов не даёт достоверной информации при обнаружении радиоизлучений с нестандартными и цифровыми видами модуляции. Потому проблема обнаружения таких радиоизлучений стоит достаточно остро. Особенно это очевидно в свете последних достижений микроэлектроники в миниатюризации и цифровой обработки. Её решение требует применения принципиально новых способов и методов. Рассмотрим возможности их поиска.
Для того чтобы иметь возможность однозначно идентифицировать обнаруженный радиосигнал, как опасный, необходимо осуществить на передатчик такое внешнее воздействие, которое значительно отразится на каком-либо из его параметров. В обычных методах (таких как корреляционный, метод акустозадержки) применяют акустический сигнал в качестве тестового и воздействуют им на микрофон передатчика. При этом с тестовым сигналом происходят те же изменения, что и с информационным при прохождении всего тракта передатчика. Алгоритм изменения заранее не известен (инверсия, цифровое преобразование) и в радиосигнале тестовая составляющая согласно ему изменяется, делая идентификацию этими методами невозможной.
Таким образом, напрашивается вывод о необходимости осуществлять воздействие на передатчик уже после преобразований информационного сигнала в нём. Именно в этом направлении ведутся перспективные разработки современных средств радиомониторинга.
Выследить. радиоприемник!
Пеленгация — непременный атрибут радиосвязи. Определение направления на радиосигнал и поиск его источника используется в радиоразведке, в оперативно-следственных мероприятиях для слежения за жучками-маячками, при поиске терпящих бедствие на суше и на море и даже в технических видах спорта, таких как «охота на лис». Во всех этих случаях пеленгаторы обнаруживают передатчики, то есть радиопередающие устройства, излучатели радиосигнала. Однако порой с помощью пеленгационного оборудования можно выявить и… радиоприемник, то есть устройство, которое должно ловить радиоволны, а не излучать их!
Передатчик… внутри приемника
«Запеленговать радиоприемник» — звучит, на первый взгляд, абсурдно… Как можно засечь устройство, которое не излучает радиосигнал в эфир?! Однако это действительно возможно. Для понимания принципа пеленгации радиоприемников начать придется с теории. Несложной, на уровне школьного радиокружка.
Диапазон принимаемых частот почти любого радиоприемника весьма широк — часто не менее двух-трех десятков мегагерц. На любой частоте этого диапазона приемник должен уметь одинаково хорошо выделять и усиливать принимаемый радиосигнал, что технически достаточно непросто. Для решения этой задачи обычно сигнал любой принимаемой частоты преобразовывают в сигнал с фиксированной и неизменной частотой, так называемой промежуточной. И уже ее затем фильтруют, очищают, усиливают и детектируют в звук, который мы слышим из динамика. Постоянно работать с одной и той же «промежуткой» каскадам приемника гораздо проще, чем со всем спектром диапазона.
Чтобы из всего диапазона принимаемых антенной частот получать единую промежуточную, в приемниках используется два узла — гетеродин и смеситель. Гетеродин — это… радиопередатчик внутри радиоприемника! Правда, чрезвычайно маломощный. Именно изменение частоты гетеродина мы осуществляем, когда вращаем ручку настройки на станцию. В смеситель же одновременно попадают два сигнала: принимаемая частота и частота гетеродина. При их смешивании выделяется разница — та самая промежуточная частота. В СССР стандартом промежуточной частоты для бытовой радиоаппаратуры было 465 килогерц. Образовывалось это число путем вычитания из частоты сигнала радиостанции частоты гетеродина.
И вот мы и подошли непосредственно к технологии радиопеленгации приемников! Несмотря на ничтожнейшую мощность встроенного в каждый приемник гетеродина, его излучение имеет «паразитное» свойство просачиваться при работе в приемную антенну и уходить в эфир. И очень чувствительными пеленгаторами с эффективными направленными антеннами это излучение можно обнаружить!
«КГБ-джаз»
В Советском Союзе многие граждане любили послушать так называемые «голоса» — зарубежные радиостанции, вещающие из-за границы на территорию СССР на русском языке. В качестве мощного рычага пропаганды западное иновещание развернулось почти сразу после окончания Второй мировой войны и в качестве идеологического оружия существовало чуть ли не до начала 90-х годов ХХ века. Кого-то из слушателей привлекал экстрим явной антисоветчины, кто-то вылавливал в эфире «битлов» и «роллингов». В 60-е в народе даже ходила популярная шутка: «есть обычай на Руси — ночью слушать «Би-би-си!».
Меры против иновещания принимались серьезные: в выпускаемых и продаваемых в Союзе радиоприемниках намеренно ограничивался частотный диапазон, затруднявший прием «голосов», а по всей стране была раскидана сеть передатчиков помех — «глушилок». Однако граждане азартно дорабатывали «на коленке» отечественную технику, покупали импортные радиолы в комиссионных магазинах и инвалютных «Березках» и упорно искали «окна» в гудении «глушилок», чей узнаваемый шум в народе прозвали «КГБ-джазом».
Надо отметить, что прямо-таки массовой охоты на слушателей «голосов» не было — если диссидентство ограничивалось ночным кухонным бдением возле радио, то внимания спецслужб такой гражданин не привлекал. Но к тем, кто был под подозрением по иным шалостям, могли направить специальную мобильную моторизованную бригаду «слухачей», способных с улицы обнаружить в квартире радиоприемник, настроенный на «Голос Америки» или «Радио Свобода».
Поймав частоту гетеродина, они буквально на пальцах проводили простейшее арифметическое вычисление и выясняли, какая радиостанция принимается в данный момент в доме! К примеру, рядом с домом пеленгатор улавливал слабый сигнал с частотой 12.815 мГц. Вычитаем из него 465 кГц (ту самую промежуточную частоту) и получаем 12.350 мГц, а это как раз частота «Радио Свобода»… Попался, голубчик! И если точный адрес был неизвестен, его часто вычисляли по длинным проволочным антеннам, тянущимся из окон на близлежащие деревья, и по горящим в ночи окошкам. Ибо кому еще не спать в Советском Союзе по ночам, как не радиослушателям-диссидентам… Откройте, милиция!
И телевизоры, и антирадары…
Собственно, любой телевизор по своей сути это тот же самый радиоприемник, имеющий гетеродин, смеситель и использующий метод преобразования принимаемой частоты в промежуточную. А значит, он точно так же может быть запеленгован! Трудно поверить, что подобное может понадобиться на практике, однако в некоторых странах Европы существовала и продолжает существовать по сей день система сбора абонентской платы для владельцев телевизоров, подключенных не к кабелю или «тарелке», а к обычной эфирной антенне.
Особенно суров контроль за этим оброком в Великобритании, где еще в 1951 году тогдашний генерал-почтмейстер (аналог министра связи и массовых коммуникаций) лорд де ла Варр учредил Инспекцию телевизионных лицензий, оснащенную специально оборудованными пеленгационными автомобилями. Нарушителей, которые обзавелись телевизором, но не поставили власти в известность, дабы не платить лицензионный сбор, вычисляли курсирующие по улицам спецавтомобили. Большая часть их, правда, были обманками — антенны представляли собой муляжи, рассчитанные на мотивацию населения к добровольной оплате через устрашение. Но часть — вполне работоспособными, действующими как раз по принципу обнаружения сигнала гетеродина, пробивающегося в телеантенну!
Кстати, характерно, что эта практика в Великобритании продолжается и поныне, разве что автомобили стали современнее и оборудование — эффективнее. В середине ХХ века возмущенные таким тотальным контролем британцы швыряли в машины инспекторов помидоры и забивали им в глушители картошку, однако, к чести лорда де ла Варра, автомобили-пеленгаторы хотя бы не скрывали антенны и были отмечены символикой на бортах — генерал-почтмейстер изначально заявил, что не собирается создавать службу тайных соглядатаев… А вот в наши дни завет министра забыт — современные пеленгаторы ездят скрытно, ничем не выдавая себя внешне!
Еще один пример вполне массового пеленгования радиоприемников — борьба с нелегальными автомобильными радар-детекторами. Эти гаджеты, свободно продающиеся в России и отлично известные едва ли не каждому нашему автомобилисту, в ряде стран под строгим запретом. Однако некоторые несознательные граждане их все же используют, несмотря на запрещающие законы, и поэтому на вооружении полиции стоит спецаппаратура, позволяющая обнаружить в автомобиле даже скрытно размещенный внутри бампера или под обшивками гаджет. Принцип выявления тот же самый — по паразитному излучению гетеродина, работающего в составе приемника радар-детектора.
Ребята, подскажите, как найти источник радиосигнала.
Будьте честны до конца — сигналка у вас работает. Попробуйте открыть дверь и завести мотор. Что блокирует угон?
У вас не работает дистанционная открывалка-закрывалка дверей. И запуск двигателя у совсем обленившихся.
Видимо достали вы кого-то своими «пик-пик» и «пик-пик-пик». Что в переводе означает «хозяин, я тута». Сильно наверное достали этими «тута». При грамотной постановке помехи не найдете. И ничего не предъявите, иначе разбой-бендитизм. Еще и в кино покажут.