Orientación

Los primeros experimentos en radiogoniometría (RDF) se llevaron a cabo en 1888, cuando Heinrich Hertz descubrió la direccionalidad de una antena de bucle abierto . Al alinear la antena con la señal, se obtenía la máxima ganancia, mientras que al apuntar de frente, la señal era nula. Esto implicaba una ambigüedad en la ubicación de la señal: la señal producía la misma salida tanto si se encontraba delante como detrás de la antena. Experimentadores posteriores también utilizaron antenas dipolo , que funcionaban de forma opuesta, alcanzando la máxima ganancia en ángulo recto y la nula al alinearlas. Los sistemas RDF que empleaban antenas de bucle o dipolo oscilantes mecánicamente eran comunes a principios del siglo XX. Ejemplos destacados fueron las patentes de John Stone en 1902 (Patente de EE. UU. 716,134) y Lee de Forest en 1904 (Patente de EE. UU. 771,819), entre muchos otros.

A principios del siglo XX, muchos experimentadores buscaban formas de utilizar este concepto para localizar la posición de un transmisor. Los primeros sistemas de radio generalmente utilizaban señales de onda media y onda larga . La onda larga, en particular, tenía buenas características de transmisión a larga distancia debido a su interacción limitada con el suelo, lo que proporcionaba una excelente propagación de onda terrestre por ruta de círculo máximo que apuntaba directamente al transmisor. Los métodos para realizar RDF en señales de onda larga fueron un área importante de investigación durante las décadas de 1900 y 1910. ^{[ 3 ]}

Las antenas generalmente son sensibles a las señales solo cuando tienen una longitud que es una porción significativa de la longitud de onda, o mayor. La mayoría de las antenas tienen al menos 1/4 de la longitud de onda, más comúnmente 1/2 ; el dipolo de media onda es un diseño muy común. Para el uso de onda larga , esto dio como resultado antenas de bucle de decenas de pies por lado, a menudo con más de un bucle conectado para mejorar la señal. Otra solución a este problema fue desarrollada por la compañía Marconi en 1905. Esta consistía en una serie de cables o varillas horizontales dispuestos apuntando hacia afuera desde un punto central común. Un interruptor móvil podía conectar pares opuestos de estos cables para formar un dipolo, y al girar el interruptor el operador podía buscar la señal más fuerte. ^{[ 4 ]} La Armada de los EE. UU. superó este problema, hasta cierto punto, montando antenas en barcos y navegando en círculos. ^{[ 5 ]} Tales sistemas eran engorrosos y poco prácticos para muchos usos. ^{[ 6 ]}

Ettore Bellini y Alessandro Tosi introdujeron una mejora clave en el concepto de radiogoniometría en 1909 (Patente de EE. UU. 943,960). Su sistema utilizaba dos antenas, generalmente de bucle triangular, dispuestas en ángulo recto. Las señales de las antenas se enviaban a bobinas enrolladas alrededor de un marco de madera del tamaño aproximado de una lata de refresco , donde se recreaban en el espacio entre las bobinas. Una antena de bucle independiente, ubicada en esta zona, permitía determinar la dirección sin necesidad de mover las antenas principales. Esto hizo que la radiogoniometría fuera mucho más práctica, y pronto se utilizó para la navegación a gran escala, a menudo como la primera forma de navegación aérea disponible, con estaciones terrestres que se conectaban a la radio de la aeronave. Los radiogonios Bellini-Tosi se popularizaron desde la década de 1920 hasta la de 1950.

Los primeros sistemas RDF eran útiles principalmente para señales de onda larga. Estas señales pueden viajar distancias muy largas, lo que las hacía útiles para la navegación de largo alcance. Sin embargo, al aplicar la misma técnica a frecuencias más altas, surgieron dificultades inesperadas debido a la reflexión de las señales de alta frecuencia en la ionosfera . La estación RDF podía recibir la misma señal desde dos o más ubicaciones, especialmente durante el día, lo que causaba serios problemas para determinar la ubicación. Esto llevó a la introducción en 1919 de la antena Adcock (Patente del Reino Unido 130,490), que consistía en cuatro antenas monopolo separadas en lugar de dos bucles, eliminando los componentes horizontales y filtrando así las ondas ionosféricas reflejadas hacia abajo. Las antenas Adcock se utilizaron ampliamente con detectores Bellini-Tosi a partir de la década de 1920.

En 1931, el Cuerpo Aéreo del Ejército de los Estados Unidos probó una brújula de radio primitiva que utilizaba estaciones comerciales como baliza. ^{[ 7 ]}

Robert Watson-Watt introdujo una mejora significativa en la técnica de radiogoniometría como parte de sus experimentos para localizar rayos y así indicar la dirección de las tormentas eléctricas a marineros y aviadores. Si bien llevaba tiempo trabajando con sistemas de radiogoniometría convencionales, estos resultaban difíciles de usar debido a la fugacidad de las señales de los rayos. Inicialmente, sugirió el uso de un osciloscopio para visualizarlas casi instantáneamente, pero no pudo encontrar uno mientras trabajaba en la Oficina Meteorológica . Cuando la oficina se trasladó, su nuevo puesto en una estación de investigación radioeléctrica le proporcionó una antena Adcock y un osciloscopio adecuado, y presentó su nuevo sistema en 1926.

A pesar de que el sistema se presentó públicamente y sus mediciones se difundieron ampliamente en el Reino Unido, su impacto en la radiogoniometría parece haber sido extrañamente discreto. Su desarrollo fue limitado hasta mediados de la década de 1930, cuando las distintas fuerzas británicas comenzaron el desarrollo y despliegue generalizado de estos sistemas de radiogoniometría de alta frecuencia , o "huff-duff". Para evitar la radiogoniometría, los alemanes habían desarrollado un método para transmitir mensajes cortos de menos de 30 segundos, menos de los 60 segundos que un operador entrenado de Bellini-Tosi necesitaría para determinar la dirección. Sin embargo, esto era inútil contra los sistemas huff-duff, que localizaban la señal con una precisión razonable en segundos. Los alemanes no se percataron de este problema hasta mediados de la guerra y no tomaron medidas serias para solucionarlo hasta 1944. Para entonces, el sistema huff-duff había contribuido a aproximadamente una cuarta parte de todos los ataques exitosos contra la flota de submarinos.

Diversos avances en electrónica durante y después de la Segunda Guerra Mundial propiciaron una notable mejora en los métodos de comparación de fase de las señales. Además, el bucle de enganche de fase (PLL) permitió una fácil sintonización de las señales, evitando su deriva. La mejora de las válvulas de vacío y la introducción del transistor posibilitaron el uso económico de frecuencias mucho más altas, lo que propició la generalización de las señales VHF y UHF. Todos estos cambios dieron lugar a nuevos métodos de radiogoniometría (RDF) y a su uso mucho más extendido.

En particular, la capacidad de comparar la fase de las señales dio lugar al radiogoniómetro de comparación de fase (RDF), que es quizás la técnica más utilizada en la actualidad. En este sistema, la antena de bucle se reemplaza por un núcleo de ferrita cuadrado , con bucles enrollados alrededor de dos lados perpendiculares. Las señales de los bucles se envían a un circuito de comparación de fase, cuya fase de salida indica directamente la dirección de la señal. Al enviar esta señal a cualquier tipo de pantalla y bloquearla mediante un bucle de enganche de fase (PLL), se puede mostrar continuamente la dirección de la emisora. El funcionamiento consiste únicamente en sintonizar la emisora ​​y es tan automático que estos sistemas se conocen normalmente como radiogoniómetros automáticos .

Se han desarrollado otros sistemas para aplicaciones que requieren mayor precisión. Los sistemas de radiogoniometría pseudo-Doppler utilizan una serie de pequeñas antenas dipolo dispuestas en anillo y emplean conmutación electrónica para seleccionar rápidamente los dipolos que se envían al receptor. La señal resultante se procesa y produce un tono de audio. La fase de dicho tono, en relación con la rotación de la antena, depende de la dirección de la señal. Los sistemas de radiogoniometría Doppler han reemplazado ampliamente al sistema de barrido para la localización de señales fugaces.

Los diversos procedimientos de radiogoniometría para determinar la posición en el mar ya no forman parte del Sistema Mundial de Seguridad Marítima (GMDSS) , vigente desde 1999. La llamativa antena de bastidor transversal con antena auxiliar acoplada solo se encuentra en los mástiles de señales de algunos buques antiguos, ya que no interfieren en ellos y su desmantelamiento resultaría demasiado costoso.

Los métodos de posicionamiento modernos, como el GPS, el DGPS, el radar y el ahora obsoleto Loran C, utilizan métodos de radiogoniometría que resultan imprecisos para las necesidades actuales.

Las redes de radiogoniometría tampoco existen ya. ^{[ 8 ]} Sin embargo, los buques de rescate, como los botes salvavidas de la RNLI en el Reino Unido, y los helicópteros de búsqueda y rescate tienen receptores de radiogoniometría para señales VHF marinas y las  señales de localización de 121,5 MHz incorporadas en las balizas EPIRB y PLB, aunque las modernas balizas GPS-EPIRB y AIS las están volviendo obsoletas poco a poco.

En un tipo de localización de dirección, se utiliza una antena direccional, que es más sensible en ciertas direcciones que en otras. Muchos diseños de antenas presentan esta propiedad. Por ejemplo, una antena Yagi tiene una direccionalidad bastante marcada, por lo que la fuente de una transmisión se puede determinar apuntándola hacia la dirección donde se obtiene el máximo nivel de señal. Dado que las características direccionales pueden ser muy amplias, se pueden utilizar antenas grandes para mejorar la precisión, o técnicas de anulación para mejorar la resolución angular.

Análisis electrónico de las señales de dos antenas

Para sistemas de localización de dirección de alta precisión, se suelen utilizar técnicas más sofisticadas, como las antenas de fase . Los sistemas modernos se denominan goniómetros, por analogía con los circuitos direccionales de la Segunda Guerra Mundial  , utilizados para medir la dirección comparando las diferencias en las señales recibidas de dos o más antenas de referencia coincidentes, tal como se empleaba en la antigua inteligencia de señales (SIGINT). ESL Incorporated diseñó un moderno sistema de localización de dirección montado en helicóptero para el gobierno de Estados Unidos ya en 1972.

Las técnicas de diferencia de tiempo de llegada comparan el tiempo de llegada de una onda de radio en dos o más antenas diferentes y deducen la dirección de llegada a partir de esta información temporal. Este método puede utilizar elementos de antena omnidireccionales mecánicamente sencillos y fijos conectados a un sistema receptor multicanal.

Un método de radiogoniometría funciona comparando la intensidad de la señal de una antena direccional que apunta en diferentes direcciones. Inicialmente, este sistema era utilizado por operadores de radio terrestres y marítimos, mediante una sencilla antena de bucle giratoria conectada a un indicador de grados. Posteriormente, este sistema se adoptó para barcos y aeronaves, y se utilizó ampliamente en las décadas de 1930 y 1940. En las aeronaves anteriores a la Segunda Guerra Mundial , las antenas de radiogoniometría se identifican fácilmente por ser bucles circulares montados sobre o debajo del fuselaje. Los diseños posteriores de antenas de bucle se integraron en una cubierta aerodinámica con forma de lágrima. En barcos y embarcaciones pequeñas, los receptores de radiogoniometría empleaban inicialmente grandes antenas de bucle metálicas, similares a las de las aeronaves, pero generalmente montadas sobre un receptor portátil alimentado por batería.

En su uso, el operador del RDF primero sintonizaba el receptor a la frecuencia correcta y luego giraba manualmente la bobina, escuchando o observando un medidor S para determinar la dirección del nulo (la dirección en la que una señal dada es más débil) de una baliza o estación de radiodifusión de onda larga (LW) u onda media (AM) (escuchar el nulo es más fácil que escuchar una señal máxima y normalmente produce un resultado más preciso). Este nulo era simétrico y, por lo tanto, identificaba tanto el rumbo correcto marcado en la rosa de los vientos de la radio como su opuesto de 180 grados. Si bien esta información proporcionaba una línea base desde la estación hasta el barco o la aeronave, el navegante aún necesitaba saber de antemano si se encontraba al este o al oeste de la estación para evitar trazar un rumbo de 180 grados en la dirección incorrecta. Al tomar marcaciones hacia dos o más estaciones de radiodifusión y trazar las marcaciones de intersección, el navegante podía localizar la posición relativa de su barco o aeronave.

Más tarde, los equipos RDF se equiparon con antenas de bucle de ferrita giratorias , lo que los hizo más portátiles y menos voluminosos. Algunos se automatizaron parcialmente más tarde mediante una antena motorizada (ADF). Un avance clave fue la introducción de una antena de látigo vertical secundaria o "antena de detección" que corroboraba el rumbo correcto y permitía al navegante evitar trazar un rumbo 180 grados opuesto al rumbo real. El modelo RDF SE 995 de la Armada de los EE. UU. que utilizaba una antena de detección estuvo en uso durante la Primera Guerra Mundial. ^{[ 10 ]} Después de la Segunda Guerra Mundial, hubo muchas empresas pequeñas y grandes que fabricaron equipos de localización de dirección para marineros, incluidas Apelco , Aqua Guide, Bendix , Gladding (y su división marina, Pearce-Simpson), Ray Jefferson, Raytheon y Sperry . En la década de 1960, muchas de estas radios eran fabricadas por empresas electrónicas japonesas, como Panasonic , Fuji Onkyo y Koden Electronics Co., Ltd. En el sector de los equipos aeronáuticos, Bendix y Sperry-Rand eran dos de los mayores fabricantes de radios RDF e instrumentos de navegación.

La radiogoniometría monocanal utiliza una matriz de antenas múltiples con un receptor de radio de un solo canal. Este método ofrece ventajas e inconvenientes. Al utilizar un solo receptor, ofrece movilidad y menor consumo de energía. Sin embargo, al no poder visualizar cada antena simultáneamente (lo cual sería posible con múltiples receptores, también conocido como radiogoniometría de N canales), se requieren operaciones más complejas en la antena para presentar la señal al receptor.

Las dos categorías principales en las que se encuadra un algoritmo DF de un solo canal son la comparación de amplitud y la comparación de fase . Algunos algoritmos pueden ser híbridos de ambos.

La radiogoniometría , o radiogoniómetro , fue en su momento la principal ayuda a la navegación aérea. ( La abreviatura de Detección de Alcance y Dirección se utilizaba para describir el predecesor del radar . ^{[ 2 ]} ) Las balizas se utilizaban para marcar las intersecciones de las aerovías y para definir los procedimientos de despegue y aterrizaje. Dado que la señal transmitida no contiene información sobre el rumbo ni la distancia, estas balizas se denominan balizas no direccionales , o NDB, en el ámbito aeronáutico . A partir de la década de 1950, estas balizas fueron sustituidas generalmente por el sistema VOR , en el que el rumbo hacia la ayuda a la navegación se mide a partir de la propia señal; por lo tanto, no se requiere una antena especializada con partes móviles. Debido a su coste relativamente bajo de compra, mantenimiento y calibración, las NDB todavía se utilizan para marcar la ubicación de aeródromos pequeños y lugares importantes de aterrizaje de helicópteros.

Balizas similares ubicadas en zonas costeras también se utilizan para la radionavegación marítima, ya que casi todos los barcos estaban equipados con un radiogoniómetro (Appleyard 1988). Actualmente (2008), muy pocas balizas de radionavegación marítima permanecen activas, dado que los barcos han abandonado la navegación por radiogoniómetro en favor de la navegación GPS.

En el Reino Unido, un servicio de radiogoniometría está disponible en 121,5  MHz y 243,0  MHz para pilotos de aeronaves en peligro o que experimenten dificultades. El servicio se basa en varias unidades de radiogoniometría ubicadas en aeropuertos civiles y militares, así como en ciertas estaciones de la Guardia Costera de Su Majestad. ^{[ 11 ]} Estas estaciones pueden obtener la posición de la aeronave y transmitirla por radio al piloto.

Navegación marítima y aérea

Componentes de la brújula de radio R-5/ARN7, con la caja de control de radio (izquierda), el indicador (centro) y la unidad de brújula de radio (derecha).

Los transmisores de radio para la navegación aérea y marítima se conocen como balizas y son el equivalente radioeléctrico de un faro . El transmisor envía una señal en código Morse en una frecuencia de onda larga (150-400  kHz) o de onda media (520-1720  kHz) que incorpora el identificador de la estación, el cual se utiliza para confirmar la estación y su estado operativo. Dado que estas señales de radio se emiten en todas las direcciones (omnidireccionales) durante el día, la señal en sí no incluye información direccional, por lo que estas balizas se denominan balizas no direccionales o NDB .

Dado que la banda de radiodifusión comercial de onda media se encuentra dentro del rango de frecuencia de la mayoría de los radiogoniómetros, estas estaciones y sus transmisores también pueden utilizarse para la localización de la posición. Si bien estas estaciones de radio comerciales pueden ser útiles debido a su alta potencia y ubicación cerca de las principales ciudades, puede haber varios kilómetros entre la estación y su transmisor, lo que puede reducir la precisión de la localización al aproximarse a la ciudad emisora. Un segundo factor es que algunas estaciones de radio AM son omnidireccionales durante el día y cambian a una señal direccional de menor potencia por la noche.

La radiogoniometría (RDF) fue en su momento el principal método de navegación aérea y marítima. Cadenas de balizas formaban rutas aéreas entre aeropuertos, mientras que las balizas no direccionales marinas (NDB) y las emisoras comerciales de radio AM proporcionaban asistencia a la navegación a las pequeñas embarcaciones que se aproximaban a tierra. En Estados Unidos, las emisoras comerciales de radio AM debían emitir su identificador una vez por hora para que pilotos y marineros lo utilizaran como ayuda a la navegación. En la década de 1950, las NDB de aviación se complementaron con el sistema VOR , que permite extraer la dirección de la baliza a partir de la propia señal, de ahí la distinción con las balizas no direccionales. El uso de las NDB marinas fue reemplazado en gran medida en Norteamérica por el desarrollo del sistema LORAN en la década de 1970.

Actualmente, muchos NDB han sido dados de baja en favor de sistemas de navegación GPS más rápidos y mucho más precisos . Sin embargo, el bajo costo de los sistemas ADF y RDF, y la continua existencia de estaciones de radio AM (así como de balizas de navegación en países fuera de Norteamérica) han permitido que estos dispositivos sigan funcionando, principalmente para su uso en embarcaciones pequeñas, como complemento o respaldo del GPS.

Durante la Segunda Guerra Mundial, se dedicó un considerable esfuerzo a identificar transmisores secretos en el Reino Unido mediante radiogoniometría. Esta labor la llevó a cabo el Servicio de Seguridad Radioeléctrica (RSS, también conocido como MI8). Inicialmente, en 1939, la Oficina General de Correos instaló tres estaciones de radiogoniometría U Adcock de alta frecuencia (HF). Tras la declaración de guerra, el MI5 y el RSS ampliaron esta red. Uno de los problemas para cubrir un área del tamaño del Reino Unido era la instalación de suficientes estaciones de radiogoniometría para recibir las señales de onda ionosférica reflejadas por las capas ionizadas de la atmósfera superior. Incluso con la red ampliada, algunas áreas no estaban adecuadamente cubiertas, por lo que se reclutaron hasta 1700 interceptores voluntarios (radioaficionados) para detectar transmisiones ilícitas mediante ondas terrestres . Además de las estaciones fijas, el RSS operaba una flota de vehículos móviles de radiogoniometría por todo el Reino Unido. Si las estaciones fijas o los interceptores voluntarios identificaban un transmisor, se enviaban las unidades móviles a la zona para localizar la fuente. Las unidades móviles eran sistemas HF Adcock.

En 1941, solo se habían identificado un par de transmisores ilícitos en el Reino Unido; se trataba de agentes alemanes que habían sido reclutados y transmitían bajo el control del MI5. Se registraron numerosas transmisiones ilícitas procedentes de agentes alemanes en países ocupados y neutrales de Europa. Este tráfico se convirtió en una valiosa fuente de inteligencia, por lo que el control del RSS pasó posteriormente al MI6, responsable de la inteligencia secreta procedente del exterior del Reino Unido. La operación de localización e interceptación aumentó en volumen e importancia hasta 1945.

Las estaciones HF Adcock consistían en cuatro  antenas verticales de 10 m que rodeaban una pequeña caseta de madera para el operador, la cual contenía un receptor y un radiogoniómetro que se ajustaba para obtener la dirección. También se utilizaban estaciones MF que empleaban cuatro  antenas de torre de celosía arriostradas de 30 m. En 1941, la RSS comenzó a experimentar con radiogoniómetros de bucle espaciado, desarrollados por la empresa Marconi y los Laboratorios Nacionales de Física del Reino Unido . Estos consistían en dos bucles paralelos de 1 a 2  m cuadrados en los extremos de una  viga giratoria de 3 a 8 m. El ángulo de la viga se combinaba con los resultados de un radiogoniómetro para proporcionar una dirección. La dirección obtenida era considerablemente más precisa que la obtenida con el sistema U Adcock, pero existían ambigüedades que impidieron la instalación de los 7 sistemas SL DF propuestos. El operador de un sistema SL se encontraba en un tanque metálico subterráneo debajo de las antenas. Se instalaron siete tanques subterráneos, pero solo se instalaron dos sistemas SL en Wymondham, Norfolk y Weaverthorp en Yorkshire. Se presentaron problemas, lo que llevó a que los cinco tanques subterráneos restantes se equiparan con sistemas Adcock. La antena SL giratoria se accionaba manualmente, lo que implicaba que las mediciones sucesivas fueran mucho más lentas que al girar el dial de un goniómetro.

En 1942, se construyó otra estación experimental de bucle espaciado cerca de Aberdeen para el Ministerio del Aire, con un búnker de hormigón semisubterráneo. Esta también fue abandonada debido a dificultades operativas. Para 1944, se había desarrollado una versión móvil del bucle espaciado, que fue utilizada por el RSS en Francia tras el desembarco de Normandía.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el ejército estadounidense utilizó una versión terrestre del radiogoniómetro de bucle espaciado denominada "DAB". Los bucles se colocaban en los extremos de un haz, todo ello dentro de una caseta de madera. La electrónica se ubicaba en un gran armario con una pantalla de tubo de rayos catódicos en el centro del haz, y todo ello se sostenía sobre un eje central. El operador giraba el haz manualmente.

La Marina Real introdujo en 1944 una variante de las estaciones de radiogoniometría de alta frecuencia (HF DF) terrestres para rastrear submarinos en el Atlántico Norte. Construyeron grupos de cinco estaciones DF, de modo que las marcas de cada estación del grupo pudieran combinarse y calcularse la media. Cuatro de estos grupos se construyeron en Gran Bretaña: en Ford End , Essex; Goonhavern , Cornualles; y Anstruther y Bowermadden, en las Tierras Altas de Escocia. También se construyeron grupos en Islandia, Nueva Escocia y Jamaica. Las mejoras previstas no se materializaron, pero posteriormente, estudios estadísticos perfeccionaron el sistema y los grupos de Goonhavern y Ford End continuaron utilizándose durante la Guerra Fría. La Marina Real también desplegó equipos de radiogoniometría en buques dedicados a la guerra antisubmarina para intentar localizar submarinos alemanes; por ejemplo, las fragatas de la clase Captain estaban equipadas con una antena de radiogoniometría de frecuencia media (MF/DF) (la antena se instalaba delante del puente) y una antena de radiogoniometría de alta frecuencia (HF/DF, "Huffduff") Tipo FH 4 (la antena se instalaba en la parte superior del mástil principal). ^{[ 12 ]}

Roland Keen, jefe del departamento de ingeniería de RSS en Hanslope Park, escribió una obra de referencia exhaustiva sobre la radiogoniometría durante la Segunda Guerra Mundial. Los sistemas de radiogoniometría mencionados aquí se describen en detalle en su libro de 1947, Wireless Direction Finding . ^{[ 13 ]}

Al finalizar la Segunda Guerra Mundial, varias estaciones RSS DF continuaron operando durante la Guerra Fría bajo el control del GCHQ, la organización británica de inteligencia de señales (SIGINT).

La mayor parte de los esfuerzos de localización de emisoras en el Reino Unido (2009) se centran en encontrar transmisiones de radio FM piratas no autorizadas . Se utiliza una red de radiogoniómetros VHF operados remotamente, ubicados principalmente en las principales ciudades. Las transmisiones de teléfonos móviles también se localizan mediante una técnica de localización que utiliza la intensidad comparativa de la señal en los receptores locales circundantes. Esta técnica se suele presentar como prueba en procesos penales en el Reino Unido y, casi con toda seguridad, con fines de inteligencia de señales (SIGINT). ^{[ 14 ]}

Las balizas de rescate con indicador de posición de emergencia se utilizan ampliamente en aeronaves y buques civiles. Históricamente, los transmisores de localización de emergencia solo emitían una señal sonora y dependían de la localización por parte de aeronaves de búsqueda para encontrar la baliza. Las balizas de emergencia modernas transmiten una señal de identificación única que puede incluir datos de localización GPS , lo que facilita la localización exacta del transmisor.

Los transceptores de avalanchas funcionan a una frecuencia estándar de 457  kHz y están diseñados para ayudar a localizar personas y equipos sepultados por avalanchas. Dado que la potencia de la baliza es muy baja, la direccionalidad de la señal de radio está dominada por efectos de campo a pequeña escala ^{[ 15 ]} y puede resultar bastante complicado localizarla.

La localización de animales marcados con radiotransmisores mediante triangulación es una técnica de investigación ampliamente utilizada para estudiar el movimiento de los animales. Esta técnica se empleó por primera vez a principios de la década de 1960, cuando los radiotransmisores y las baterías se volvieron lo suficientemente pequeños como para acoplarse a la fauna silvestre, y actualmente se utiliza ampliamente en diversos estudios sobre la vida silvestre. La mayor parte del seguimiento de animales silvestres equipados con radiotransmisores se realiza mediante un investigador de campo que utiliza un radiogoniómetro portátil. Cuando el investigador desea localizar un animal en particular, su ubicación se puede triangular determinando la dirección hacia el transmisor desde diferentes puntos.

Las antenas de fase y otras técnicas avanzadas de antenas se utilizan para rastrear los lanzamientos de sistemas de cohetes y sus trayectorias resultantes. Estos sistemas pueden emplearse con fines defensivos y también para obtener información sobre el funcionamiento de misiles pertenecientes a otras naciones. Estas mismas técnicas se utilizan para la detección y el seguimiento de aeronaves convencionales .

Los eventos organizados por grupos y organizaciones que implican el uso de habilidades de radiogoniometría para localizar transmisores en ubicaciones desconocidas han sido populares desde el final de la Segunda Guerra Mundial. ^{[ 16 ]} Muchos de estos eventos se promovieron inicialmente para practicar el uso de técnicas de radiogoniometría para la respuesta a desastres y la defensa civil , o para practicar la localización de la fuente de interferencia de radiofrecuencia . La forma más popular de este deporte, a nivel mundial, se conoce como radiogoniometría amateur (ARDF). Otra forma de la actividad, conocida como " caza de transmisores ", "caza móvil de transmisores" o "caza del zorro", se lleva a cabo en un área geográfica más amplia, como el área metropolitana de una gran ciudad, y la mayoría de los participantes viajan en vehículos motorizados mientras intentan localizar uno o más transmisores de radio con técnicas de radiogoniometría.

A principios de siglo, los tubos de vacío (válvulas termoiónicas) se usaban ampliamente en transmisores y receptores, pero su rendimiento de alta frecuencia estaba limitado por los efectos del tiempo de tránsito. ^{[ 20 ] : 192 [ 21 ] : 394 [ 22 ] : 206} Incluso con procesos especiales para reducir las longitudes de los cables, ^{[ 23 ]} como la construcción de rejilla de marco, como se usa en el EF50 , y la construcción planar, ^{[ 20 ] : 192} muy pocos tubos podían operar por encima de UHF .

En la década de 1930 se llevó a cabo un intenso trabajo de investigación para desarrollar tubos transmisores específicamente para la banda de microondas, que incluían, en particular, el klistrón ^{[ 24 ] [ 20 ] : 201} el magnetrón de cavidad ^{[ 20 ] : 347 [ 24 ] : 45} y el tubo de onda viajera (TWT). ^{[ 20 ] : 241 [ 24 ] : 48} Tras el exitoso desarrollo de estos tubos, la producción a gran escala tuvo lugar en la década siguiente.

Las señales de microondas tienen longitudes de onda cortas, lo que resulta en una resolución de objetivos mucho mejor en comparación con los sistemas de radiofrecuencia . Esto permite una mejor identificación de múltiples objetivos y, además, proporciona una mayor precisión direccional. ^{[ 25 ]} Asimismo, las antenas son pequeñas, por lo que pueden ensamblarse en conjuntos compactos y, además, pueden lograr patrones de haz bien definidos que pueden proporcionar los haces estrechos con alta ganancia preferidos por los radares y los enlaces de datos .

Otras ventajas de la nueva banda de microondas fueron la ausencia de desvanecimiento (un problema frecuente en la banda de radio de onda corta ) y un gran aumento en el espectro de señales, en comparación con las bandas de radiofrecuencia ya congestionadas. Además de poder admitir muchas más señales, ahora era posible utilizar técnicas de espectro ensanchado y salto de frecuencia .

Una vez que las técnicas de microondas se consolidaron, se produjo una rápida expansión en esta banda tanto por parte de usuarios militares como comerciales.

Las antenas para radiogoniometría deben cumplir requisitos diferentes a los de un radar o enlace de comunicación, donde una antena con haz estrecho y alta ganancia suele ser ventajosa. Sin embargo, al realizar radiogoniometría, la dirección de la fuente puede ser desconocida, por lo que generalmente se eligen antenas con haz ancho , aunque tengan una menor ganancia en el eje principal . Además, las antenas deben cubrir una amplia banda de frecuencias.

La figura muestra el diagrama polar normalizado de la ganancia típica de una antena, en el plano horizontal. El ancho de haz a media potencia del lóbulo principal es 2 × Ψ ₀ . Preferiblemente, al utilizar métodos de comparación de amplitud para la localización de la dirección, el lóbulo principal debería aproximarse a una función gaussiana. Si bien la figura también muestra la presencia de lóbulos laterales , estos no representan un problema importante cuando las antenas se utilizan en un arreglo de localización de la dirección.

Típicamente, la ganancia en el eje de una antena está relacionada con el ancho del haz. ^{[ 26 ] : 257} Para una bocina rectangular, $${\displaystyle {\text{Ganancia}}\approx {\frac {30,\!000}{\mathrm {BW} _{h}\times \mathrm {BW} _{v}}}}$$ donde BW _h y BW _v son los anchos de haz horizontal y vertical de la antena, respectivamente, en grados. Para una apertura circular, con ancho de haz BW _c , es $${\displaystyle {\text{Ganancia}}\approx {\frac {30,\!000}{(\mathrm {BW} _{c})^{2}}}}$$

Dos tipos de antenas populares para la radiogoniometría son las espirales con cavidad posterior y las antenas de bocina .

• 
  Diagrama polar de la antena
• 
  Gráfico logarítmico de la antena
• 
  espiral con cavidad posterior
• 
  Cuerno piramidal

Las antenas espirales son capaces de alcanzar anchos de banda muy amplios ^{[ 26 ] : 252 [ 27 ]} y tienen un ancho de haz nominal a media potencia de aproximadamente 70°, lo que las hace muy adecuadas para conjuntos de antenas que contienen 4, 5 o 6 antenas. ^{[ 18 ] : 41}

Para conjuntos más grandes, que requieren anchos de haz más estrechos , se pueden usar bocinas. El ancho de banda de las antenas de bocina se puede aumentar usando alimentadores de guía de onda de doble cresta ^{[ 28 ] [ 18 ] : 72} y usando bocinas con crestas internas. ^{[ 29 ] : 267 [ 30 ] : 181}

El cambio a frecuencias de microondas implicó una reevaluación de los requisitos de un sistema DF. ^{[ 37 ]} Ahora, el receptor ya no podía depender de un flujo de señal continuo para realizar mediciones. Los radares con sus haces estrechos solo iluminarían las antenas del sistema DF de forma infrecuente. Además, algunos radares que deseaban evitar la detección (los de contrabandistas, buques hostiles y misiles) irradiarían sus señales de forma infrecuente y a menudo con baja potencia. ^{[ 38 ]} Dicho sistema se denomina radar de baja probabilidad de interceptación . ^{[ 39 ] [ 40 ]} En otras aplicaciones, como los enlaces de microondas, la antena del transmisor puede que nunca apunte al receptor DF, por lo que la recepción solo es posible mediante la fuga de señal de los lóbulos laterales de la antena . Además, los enlaces de datos encubiertos ^{[ 41 ]} pueden irradiar una secuencia de alta velocidad de datos solo de forma muy ocasional.

En general, para adaptarse a las circunstancias modernas, se requiere un sistema de radiogoniometría de microondas de banda ancha con alta sensibilidad y cobertura de 360° para poder detectar pulsos individuales (a menudo denominados monopulsos de amplitud ) y lograr una alta "Probabilidad de Intercepción" (PoI). ^{[ 42 ]}

La localización de dirección (DF) de dos canales, utilizando dos antenas adyacentes de una matriz circular, se logra comparando la potencia de la señal más grande con la de la segunda señal más grande. La dirección de una señal entrante, dentro del arco descrito por dos antenas con un ángulo de oblicuidad Φ , se puede obtener comparando las potencias relativas de las señales recibidas. Cuando la señal está en el eje óptico de una de las antenas, la señal en la otra antena será aproximadamente 12  dB menor. Cuando la dirección de la señal está a medio camino entre las dos antenas, los niveles de señal serán iguales y aproximadamente 3  dB menores que el valor en el eje óptico. Para otros ángulos de rumbo, φ , una relación intermedia de los niveles de señal dará la dirección.

Si los patrones del lóbulo principal de la antena tienen una característica gaussiana y las potencias de la señal se describen en términos logarítmicos (por ejemplo, decibelios (dB) en relación con el valor del eje principal), entonces existe una relación lineal entre el ángulo de rumbo φ y la diferencia de nivel de potencia, es decir: $${\displaystyle \varphi \propto P_{1}({\text{dB}})-P_{2}({\text{dB}}),}$$ donde P ₁ (dB) y P ₂ (dB) son las salidas de dos canales adyacentes. La miniatura muestra un gráfico típico.

Para lograr una cobertura de 360°, las antenas de un arreglo circular se eligen en pares, según los niveles de señal recibidos en cada antena. Si hay N antenas en el arreglo, con una separación angular (ángulo de oblicuidad) Φ , entonces Φ = 2π/ N radianes ( = 360/ N grados).

Se pueden lograr mejoras en la precisión de la orientación si se incluyen datos de amplitud de una tercera antena en el procesamiento de la orientación. ^{[ 48 ] [ 44 ] : 157}

Para la localización de dirección de tres canales, con tres antenas orientadas en ángulos Φ , la dirección de la señal entrante se obtiene comparando la potencia de la señal del canal que contiene la señal más grande con las potencias de las señales de los dos canales adyacentes, situados a cada lado del mismo.

Para las antenas en una disposición circular, se seleccionan tres antenas según los niveles de señal recibidos, correspondiendo la señal más intensa al canal central.

Cuando la señal está en el eje de la antena 1 ( φ = 0 °), la señal de las otras dos antenas será igual y aproximadamente 12  dB menor. Cuando la dirección de la señal está a medio camino entre las dos antenas ( φ = 30° ), sus niveles de señal serán iguales y aproximadamente 3  dB menores que el valor en el eje, con la tercera señal ahora unos 24  dB menor. Para otros ángulos de rumbo, φ , algunas relaciones intermedias de los niveles de señal darán la dirección.

Muchas de las causas de error de rumbo, como imperfecciones mecánicas en la estructura de la antena, mala adaptación de ganancia de las ganancias del receptor o patrones de ganancia de antena no ideales, pueden compensarse mediante procedimientos de calibración y tablas de consulta correctivas, pero el ruido térmico siempre será un factor que lo degrada. Dado que todos los sistemas generan ruido térmico ^{[ 49 ] [ 50 ]} , cuando el nivel de la señal entrante es bajo, las relaciones señal-ruido en los canales del receptor serán deficientes y la precisión de la predicción del rumbo se verá afectada.

En general, una guía para la incertidumbre de los rodamientos viene dada por ^{[ 45 ] [ 51 ] : 82 [ 31 ] : 91 [ 52 ] : 244}

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}=0.724{\frac {2\Psi _{0}}{\sqrt {{\text{SNR}}_{0}}}}\quad {\text{[degrees]}}}$$

para una señal en el punto de cruce, pero donde SNR ₀ es la relación señal/ruido que se aplicaría en el eje principal.

Para obtener predicciones más precisas en una dirección determinada, se utilizan las relaciones señal/ruido reales de las señales de interés. (Los resultados pueden derivarse suponiendo que los errores inducidos por el ruido se aproximan relacionando las diferencias finitas con el ruido no correlacionado).

Para el procesamiento adyacente utilizando, por ejemplo, el Canal 1 y el Canal 2, la incertidumbre de la orientación (ruido angular), Δ φ (rms), se indica a continuación. ^{[ 18 ][ 31 ] : 91 [ 53 ]} En estos resultados, se asume la detección de ley cuadrática y las cifras de SNR son para señales en video (banda base), para el ángulo de direcciónφ.

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}={\frac {\Phi }{2}}{\frac {\Psi _{0}^{2}}{-\ln(0.5)\Phi }}{\sqrt {{\frac {1}{{\text{SNR}}_{1}}}+{\frac {1}{{\text{SNR}}_{2}}}}}\quad {\text{[rads]}}}$$

donde SNR ₁ y SNR ₂ son los valores de relación señal/ruido de vídeo (banda base) para los canales de la Antena 1 y la Antena 2, cuando se utiliza la detección de ley cuadrática.

En el caso del procesamiento de 3 canales, una expresión que es aplicable cuando las relaciones señal/ruido en los tres canales superan la unidad (cuando ln(1 + 1/SNR) ≈ 1/SNR es verdadero en los tres canales), es

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}={\frac {1}{-2\ln(0.5)}}{\frac {\Psi _{0}^{2}}{\Phi ^{2}}}{\sqrt {\left(\varphi +{\frac {\Phi }{2}}\right)^{2}{\frac {1}{{\text{SNR}}_{2}}}+{\frac {4\varphi ^{2}}{{\text{SNR}}_{1}}}+\left(\varphi -{\frac {\Phi }{2}}\right)^{2}{\frac {1}{{\text{SNR}}_{3}}}}}}$$

donde SNR ₁ , SNR ₂ y SNR ₃ son los valores de relación señal/ruido de vídeo para el Canal 1, el Canal 2 y el Canal 3 respectivamente, para el ángulo de dirección φ .

En la figura se muestra un esquema de un posible sistema DF, ^{[ 18 ] : 101} que emplea seis antenas, ^{[ 54 ] [ 55 ] .}

Las señales recibidas por las antenas se amplifican primero mediante un preamplificador de bajo ruido antes de ser detectadas por los amplificadores de vídeo logarítmicos detectores (DLVA). ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} Los niveles de señal de los DLVA se comparan para determinar el ángulo de llegada. Al considerar los niveles de señal en una escala logarítmica, como la que proporcionan los DLVA, se logra un amplio rango dinámico ^{[ 56 ] : 33} y, además, los cálculos de localización de dirección se simplifican cuando los lóbulos principales de los patrones de antena tienen una característica gaussiana, como se mostró anteriormente.

Una parte esencial del análisis DF es identificar el canal que contiene la señal más grande, lo cual se logra mediante un circuito comparador rápido. ^{[ 44 ]} Además del proceso DF, se pueden investigar otras propiedades de la señal, como la duración del pulso, la frecuencia, la frecuencia de repetición de pulsos (PRF) y las características de modulación. ^{[ 45 ]} El funcionamiento del comparador generalmente incluye histéresis para evitar fluctuaciones en el proceso de selección cuando la dirección de la señal entrante es tal que dos canales adyacentes contienen señales de amplitud similar.

A menudo, los amplificadores de banda ancha están protegidos de fuentes de alta potencia locales (como en un barco) mediante limitadores y/o filtros de entrada. Del mismo modo, los amplificadores pueden contener filtros de rechazo para eliminar señales conocidas, pero no deseadas, que podrían perjudicar la capacidad del sistema para procesar señales más débiles. Algunos de estos aspectos se tratan en la cadena de RF .