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¿Cómo localizar transmisores de RF mediante antenas automáticas ADFA?

Con un espectro de RF cada vez más saturado y la nueva 5G, se hace necesario tener instrumentos que permitan localizar y analizar las posibles interferencias. Tanto los proveedores de la red como los reguladores necesitan poder eliminar transmisores sin licencia, y la policía y el ejército localizar terroristas, intrusos o enemigos potenciales.

Los dos métodos principales de localización de una transmisión se basan en el ángulo de llegada (Angle of arrival, AoA) y la diferencia de tiempo de llegada (time difference of arrival, TDoA) en diferentes lugares de recepción.

  1. La localización basada en AoA

El método AoA necesita de al menos dos líneas o trayectorias para triangular su resultado, por lo que se deberá utilizar un equipo de detección de interferencias (direction finder, DF) para buscar el foco de emisión desde dos puntos distintos. La precisión de la localización será tanto mayor como líneas calculadas y mayor aún si se realiza un barrido de al menos noventa grados. Para determinar estas líneas o trayectorias pueden utilizarse: antenas direccionales, el método del efecto Doppler, el procesado de una matriz de antenas, o el método por GNSS (global navigation satellite system).

Antenas direccionales

La potencia recibida por una antena direccional depende del ángulo de llegada (AoA) de una señal. La potencia máxima determina la dirección principal. Para determinar el AoA la antena se rota horizontalmente en 360 grados barriendo todo el ángulo azimuth y el equipo de medida permite dibujar la potencia recibida frente al mismo. Esta rotación se realiza manualmente por el usuario. Las dos herramientas referentes en el mercado son los equipos IDA y SignalShark del fabricante NARDA, representada en España por Ayscom dataTec. Estos equipos disponen de un mango para la antena con una brújula incorporada que permite guardar la dirección de la máxima potencia medida. Este proceso se llama en bibliografía “Manual bearing”. Además , la herramienta SignalShark permite el uso de antenas automáticas (internamente un conjunto o matriz de antenas direccionales), que realizan escaneos 360 grados sin la presencia del usuario y calcula el AoA de todas las direcciones, triangulando internamente para proporcionar la ubicación precisa del transmisor RF sin necesidad de sincronizar las fases de cada bearing.

Efecto Doppler

Este método consiste en mover periódicamente una antena omnidireccional en círculos de forma que la fase de la señal recibida también cambia de manera periódica. El ángulo acimutal de la posición de la antena omnidireccional en el que la fase es más negativa determina el AoA. En la práctica, suele utilizarse un demodulador FM conectado al receptor del equipo para detectar la fase de la señal recibida. El único inconveniente de este método es que no puede ser utilizado para localizar señales con modulación en fase.

Procesado en tiempo real de una matriz de antenas

Este método requiere de un receptor dedicado para cada elemento de antena de una matriz. Los receptores tienen que estar sincronizados en fase y deben disponer de idénticos osciladores locales de alta frecuencia, referenciados a un mismo oscilador local. Así mismo, las antenas de la matriz deben posicionarse en círculo y polarizarse verticalmente, ya que mediante el método de interferometría correlada medirán la corriente inducida y su correlación con la corriente del colector de la matriz de antenas, eliminando el ruido gaussiano y referenciando cada corriente como “potencia” recibida en función de la fase. Ejemplos de este método para localizar múltiples frecuencias, moduladas, así como discriminar las reflexiones de una señal con edificios en ciudades, se desarrollan en el White Paper 010 “RF Transmitter Localization” publicado en nuestra web. Mención especial en este método a las antenas automáticas o matrices de antena de rango amplio (en bibliografía: “large aperture”): Para mejorar la precisión del método se necesitan de matices de antenas con un compromiso entre el ancho de banda de recepción de cada antena y la apertura definida como la relación entre el diámetro de la matriz de antenas y la longitud de onda de la señal capaz de capturar.

El fabricante Narda ha realizado cientos de simulaciones en este sentido y ha puesto en el mercado las antenas automáticas ADFA con mayor precisión del mercado (0,97 grados de incertidumbre) llegando a un compromiso entre número de antenas de la matriz (9) y ratio de apertura: 3,6. En la práctica, la medida se realiza habitualmente con un equipo como el SIGNALSHARK de Narda con una antena automática ubicada en el techo de un vehículo circulando por el entorno del transmisor RF a localizar. El propio equipo triangulará automáticamente las distintas direcciones calculadas por AoA y representará la medida en un mapa real del terreno mediante colores cálidos (cercanos al transmisor) o fríos.

  1. La localización basada en TDoA

Este método parte del uso de al menos tres receptores (tres equipos medidores con antenas) sincronizados con datos de referencia de tiempo e I/Q por ordenador, posicionados en distintos puntos, y que mediante el tiempo que tarda en llegar una misma señal a cada receptor calcula la posición del transmisor con un algoritmo. Este método mejora su precisión a mayores anchos de banda de la señal, por lo que no es el primer método a elegir para frecuencias discretas o banda estrecha. En el caso del equipo SignalShark de Narda la optimización de la medida pasa por disponer de un puerto SMA dedicado en cada equipo a la sincronización con otros equipos mediante señal PPS (pulso por segundo) y por receptor GNSS integrado que reducen la incertidumbre a 4,9 ns. Y adicionalmente, configurar el equipo para un CBW del mismo valor que el ancho de banda de la señal a localizar. Si deseas ampliar información sobre el equipo SIGNALSHARK o métodos de medida puedes contactar con nosotros.



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