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Nociones de Radiogoniometría.
(Cazando a las Ondas)

En éste interesante artículo, Javier Moldes, EB1HBK, nos introduce en los conceptos básicos de la Radiogoniometría, conocido por los cebeístas de antaño como, "Caza del Zorro". Esta actividad, durante años, arrastró a cientos de aficionados que, con sus antenas autoconstruídas y artilugios diversos, competían por ser los mejores "cazazorros" de cada ciudad. En Catalunya, se llegó a organizar, por dos años consecutivos, el Campiontat de Catalunya de Radiogoniometría Deportiva, con afluéncias masivas de participantes que, durante el fín de semana, daban colorido y espectáculo a la ciudad que acogía la celebración de una prueba oficial, con un despliegue de medios, técnicos y humanos, casi dignos de una celebración de una prueba de F1.

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.

Javier Moldes. EB1HBK

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