Джи-Н (навигация) - Gee-H (navigation)

Джи-Н, иногда написано G-H или GEE-H, был радионавигация система, разработанная Британия в течение Вторая Мировая Война помочь Бомбардировочная команда RAF. Название относится к использованию системой более ранних Ну и дела оборудование, а также использование в нем «принципа H» или «принципа двойного диапазона» определения местоположения.[1] Его официальное название было AMES Тип 100.

Gee-H использовался для замены Гобой система бомбометания, работавшая по аналогичной схеме. Измеряя и сохраняя фиксированное расстояние до радиостанции, бомбардировщик мог перемещаться по дуге в небе. Бомбы были сброшены, когда они достигли установленного расстояния от второй станции. Основное различие между Oboe и Gee-H заключалось в расположении оборудования; Oboe использовал очень большие дисплеи на наземных станциях для очень точных измерений, но мог одновременно управлять только одним самолетом. Gee-H использовал гораздо меньшее оборудование на борту самолета и был несколько менее точным, но мог управлять до 80 самолетов за раз.

Gee-H поступил на вооружение в октябре 1943 года и впервые успешно использовался в ноябре против Mannesmann сталелитейный завод на Дюссельдорф в ночь на 1/2 ноября, когда вышла из строя примерно половина комплектов, осталось только 15 самолетов, чтобы бомбить завод. Gee-H оставался в эксплуатации на протяжении всей войны, хотя и подвергался значительным помехам со стороны немцев. Он также оставался стандартным оборудованием послевоенных самолетов RAF, таких как Английский Electric Canberra.

Gee-H был адаптирован RCA в военное время США ШОРАН система с повышенной точностью. Та же основная концепция остается широко распространенной и сегодня в качестве гражданского DME система.

История развития

Навигация для измерения расстояния

Для определения вашего местоположения в 2D-пространстве требуется два измерения угла или диапазона - два измерения угла, два измерения расстояния или один угол и одно расстояние. Ранняя радионавигация обычно основывалась на измерении двух углов с использованием радиопеленгаторы, но они были точны только до нескольких градусов и обеспечивали ограниченную точность порядка десятков миль. Разработке систем на основе дальности пришлось ждать, пока не станет возможным изобретение точного измерения времени радиосигналов, которое произошло в результате разработки радар.[2]

В Люфтваффе впервые применили дальномерные радионавигационные системы с их Y-Gerät в 1941 году. Y-Gerät использовал одиночный Knickebein -подобная балка для управления бомбардировщиком в нужном направлении и бортовой транспондер для измерения расстояний. С наземной станции периодически отправлялся специальный сигнал, и при приеме транспондер отправлял ответный импульс после известной задержки. Наземный оператор использовал осциллограф для измерения времени между трансляцией и приемом и определения дальности аналогично обычным радар системы. Затем он передал эту информацию бомбардировщику голосом, сообщив им, когда следует сбросить бомбы.[3]

Обратной стороной лучевой системы навигации является то, что лучи не могут быть точно сфокусированы и на практике имеют веерообразную форму, расширяясь с увеличением расстояния от радиовещательной компании. Это означает, что их точность уменьшается с увеличением дальности.[4] Измерения расстояния зависят только от точности оборудования и не зависят от диапазона. Это означает, что их точность составляет фиксированный процент от измерения и поэтому линейна с диапазоном. Для определения местоположения можно использовать два таких измерения. исправить, но такие системы, как правило, трудны в использовании, так как они требуют быстрого последовательного выполнения двух измерений дальности во время движения самолета.[5]

Гобой

В Министерство авиации разработала систему измерения расстояний, известную как Гобой который первым начал достигать Pathfinder Force в конце 1941 года и использовался экспериментально в 1942 году. Гобой избегал проблем с двумя измерениями расстояния, используя только одно за раз.

Перед миссией было измерено расстояние от одной из станций гобоя до цели и нарисована дуга этого радиуса на обычной навигационной карте. Например, расстояние между станцией Гобой в районе Уолмер и цель в Дюссельдорф будет около 235 миль (378 км), так что дуга радиусом 235 миль вокруг станции будет проходить через Дюссельдорф.[6] Теперь будет рассчитана «дальность» сбрасываемых бомб. Дальность - это расстояние между точкой взрыва бомбы и точкой падения. Для полетов на высоте около 20000 футов дальность полета обычно составляет порядка 2,4 км для высокоскоростного самолета, такого как de Havilland Mosquito. Затем разработчики миссии вычисляли местоположение вдоль этой дуги, где должны были быть сброшены бомбы, чтобы поразить цель. Этот расчет, выполняемый на земле, может занять столько времени, сколько потребуется, позволяя учитывать ветер, атмосферное давление, даже крошечную центробежную силу, создаваемую самолетом, движущимся по кривой радиуса 235 миль.[6]

Во время миссии бомбардировщик летел бы близко к одному или другому концу дуги, используя любые средства навигации, включая счисление. Когда они были рядом с заранее оговоренным местоположением, был активирован транспондер, и станция для гобоя измерила их текущее расстояние. Затем эта "кошачья" станция будет посылать тональный радиосигнал из точек или тире, позволяя пилоту корректировать свой путь так, чтобы они находились точно на правильном расстоянии, и в этот момент они будут издавать устойчивый тональный сигнал " равносигнальный ".[6] Операторы продолжали бы наблюдать за положением самолета, посылая корректирующие сигналы по мере необходимости, чтобы пилот мог продолжать корректировать свой путь по дуге.

Между тем вторая станция также измеряла расстояние до бомбардировщика. Эта станция была оборудована значением дальности действия бомбы, рассчитанным ранее, и использовала это для расчета расстояния между их станцией и бомбардировщиком в точке, где должны были быть сброшены бомбы. Когда это мышь Станция увидела, что бомбардировщик приближается к точке высадки, послала серию азбука Морзе сигналы для информирования пилота о приближении точки высадки. В нужный момент он отправит еще один сигнал Морзе, который автоматически сбросит бомбы.[6]

Основным ограничением Гобоя было то, что он мог использоваться только одним самолетом за раз. Поскольку бомбардировщику потребовалось около 10 минут, чтобы правильно расположиться вдоль дуги, эта задержка означала, что систему нельзя было использовать для большого налета с участием нескольких самолетов подряд. Вместо этого гобой использовался для руководства наведение на цель самолет следопыта силы, дающий основным силам бомбардировщиков точную точку прицеливания в любую погоду. С другой стороны, гобой иногда использовался для атак на точечные цели одиночными самолетами или небольшими количествами, сбрасывающими одну за другой. В ходе испытаний при дневном свете в хорошую погоду гобой продемонстрировал более высокую точность, чем оптические прицелы.[7]

Новый подход

Гобой был ограничен одним самолетом, потому что бортовой транспондер отправлял импульсы каждый раз, когда их запрашивали наземные станции. Если более одного самолета включат свой гобой, наземные станции начнут получать несколько возвратных импульсов для каждого запроса, без возможности их различить.

Одно из решений этой проблемы - заставить каждую станцию ​​гобоя посылать немного другой сигнал, обычно путем изменения конверт сигнала, который он передает на самолет. Подобные станции с разными модификациями сигнала могут быть расположены по всей Великобритании, так что все они видны самолету над Германией. Самолет, который включает свой транспондер, будет получать и повторно передавать сигналы от всех из них. Хотя все наземные станции будут принимать все сигналы, они могут выбрать свой собственный, ища свой уникальный сигнал. Это изменение позволяет нескольким станциям для гобоев работать одновременно, хотя это не помогает, если несколько самолетов включают свой транспондер.

Теперь подумайте о том, чтобы поменять местами передатчики и приемники, так что приемник находится на летательном аппарате, а передатчик - на земле. Теперь каждый самолет генерирует различный образец сигнала, и операторы самолета могут искать свой собственный сигнал и игнорировать другие. Любое количество самолетов может использовать одну и ту же станцию ​​одновременно. Пока наземная станция оборудована для быстрого переключения сигналов и самолет не запрашивает слишком часто, вероятность того, что несколько самолетов запросят станцию ​​одновременно, мала. Это основная концепция Gee-H.[8]

Джи-Н

Лидер GH Авро Ланкастер B Марк III из № 467-й эскадрильи RAAF когда он начинает свой разбег в RAF Waddington, Август 1944 г.

Первой радионавигационной системой, которая использовалась бомбардировочным командованием, была Ну и дела. Это работало путем отправки двух импульсов известного времени с наземных станций, которые были приняты самолетом и считаны на осциллограф. Время между передачами не было фиксированным и варьировалось от станции к станции, поэтому оборудование бомбардировщика имело систему, которая позволяла ему приспосабливаться к этому.[9]

Приемник имел гетеродин, обеспечивающий генератор временной базы это можно было отрегулировать. При первом включении приемника импульсы от наземной станции перемещались по дисплею, потому что две временные базы не были синхронизированы. Затем оператор настраивал свой генератор до тех пор, пока импульсы не переставали двигаться, а это означало, что гетеродин теперь имел точно такую ​​же частоту импульсов, что и на наземной станции. Приемник имел две укомплектованные системы этого типа, что позволяло оператору принимать сигналы от двух станций, легко сравнивать их и проводить одновременные измерения.[9]

Для быстрого внедрения новой конструкции было решено повторно использовать как можно больше оборудования Gee. Джи уже включил дисплей осциллографа и блок приемника, поэтому все, что было необходимо, это блок вещания, который запускал бы приемопередатчик наземной станции. Он был разработан для работы на тех же частотах, что и Gee, так что можно было использовать существующее оборудование приемника и дисплея в бомбардировщиках.[5]

Новый передатчик отправлял импульсы примерно 100 раз в секунду. Хронометраж импульсов немного опережал или отставал от 100 импульсов в секунду. Это означало, что каждый самолет имел немного другое время. Тот же сигнал был также отправлен на дисплейный блок Gee, чтобы запустить луч дисплея, перемещающийся по лицевой стороне дисплея, вместо использования вручную настроенного генератора Gee. Таким образом, полученные сигналы, у которых не было одинаковой синхронизации между импульсами, будут перемещаться в ту или иную сторону, точно так же, как неправильно настроенный Джи. Только сигналы, исходящие от собственного передатчика самолета, будут выстраиваться на дисплее и оставаться неподвижными. Эта преднамеренная корректировка времени была известна как «дрожание».[5]

Задержка от оригинального Gee все еще использовалась, но была изменена. Во время работы навигатор сначала устанавливал задержку верхнего следа на дисплее Gee на известную цифру, которая соответствовала радиусу дуги, по которой они хотели лететь. Это переместит «метку» от местного передатчика вдоль лицевой стороны дисплея. Полученные сигналы затем будут инвертированы и отправлены на дисплей. Затем штурман мог направить пилота на правильный путь, давая указания, пока верхняя и нижняя точки не совпадают. То же самое было сделано для второго канала, установив для него заранее рассчитанный диапазон, на который должны быть сброшены бомбы. Поскольку они оставались на одном и том же расстоянии от одной станции, оператору приходилось проверять это только периодически, наблюдая за постоянно движущейся нижней кривой, когда активная метка медленно перемещалась по дисплею в сторону метки таймера, пока они не перекрывались и бомбы не сбрасывались.[10]

Время, необходимое трансиверу для приема импульса, отправки ответа и возврата в состояние приема, составляло около 100 микросекунд. При синхронизации импульсов около 100 в секунду приемопередатчик будет занят в течение 10 мс из каждой секунды, отвечая на сигналы от любого одного самолета. Это оставит 990 мс для ответа другим самолетам, что дает теоретическую пропускную способность 100 самолетов. На практике из-за "дрожания" от 70 до 80 самолетов могли использовать станцию ​​одновременно.[10]

У системы было дополнительное преимущество: каждый самолет выбирал свое время, что затрудняло постановку помех. В большинстве импульсных навигационных систем, таких как Gee и Y-Gerät, относительно легко заглушить систему, просто посылая дополнительные импульсы на той же частоте, загромождая дисплей и затрудняя считывание сигнала оператором. Британцы использовали эту технику с большим успехом против Y-Gerät, а немцы ответили милостью Джи. К концу войны Джи был вообще бесполезен для бомбардировок и использовался в основном в качестве навигационного средства при возвращении в Англию.[11]

В случае с Gee-H каждый самолет имел уникальное время. Чтобы заглушить приемник, глушитель также должен иметь аналогичные временные характеристики. Но поскольку один сигнал может использоваться десятками самолетов, потребуются десятки генераторов помех, настроенных на несколько разное время. А так как были десятки приемопередатчиков, много неиспользуемых ложных сигналов, проблема глушения была значительно более сложной.[11]

Поскольку система Gee-H использовала оборудование Gee, отключение передатчика допроса превратило его обратно в нормальное устройство Gee. В типичной миссии набор будет использоваться в режиме Gee, когда покидает Англию и формируется в бомбардировщик, переключите его в режим Gee-H во время миссии, а затем вернитесь в режим Gee снова на обратном полете, чтобы найти свою авиабазу. Поскольку Gee можно было непосредственно прочитать на карте, он был чрезвычайно полезен для общей навигации, в то время как Gee-H практически использовался только для навигации к одному месту.[11]

Основная ошибка Gee-H была также побочным эффектом использования оборудования Gee; использование более высокой частоты позволило бы получить более узкую огибающую, что позволило бы более точные измерения времени и, таким образом, повысить точность. Кроме того, поскольку для измерений в системе использовался небольшой осциллограф Джи, установленный на бомбардировщике, он не имел такой же визуальной точности, как Oboe, который использовал 12-дюймовые осциллографы, разработанные специально для этой цели. Gee-H достиг точности около 150 ярдов на 300 милях,[5] в то время как гобой был хорош примерно на 50 ярдов. Как и все системы на базе VHF и UHF, Gee-H был ограничен расстояниями вне Поле зрения, в данном случае ограничивая его примерно 300 милями.

Джи-Х был ключом к Операция Glimmer, отвлекающая «атака» во время Операция Оверлорд это отвлекло и сковало немецкую оборону в Кале, в то время как реальный флот вторжения находился в 200 милях от Нормандии. Бомбардировщики Gee-H 218-я эскадрилья летели низко, крутыми кругами, падая «Окно» (мякина) над небольшими кораблями, оборудованными радиолокационными транспондерами, чтобы обмануть немецкие радары, что они были основным флотом вторжения.[12]

Обозначения Министерства авиации

  • Gee-H Mk. I - Бортовая радиоустановка (ARI) 5525
  • Gee-H Mk. II - ARI 5597
  • Gee-H Mk. II (тропический) - ARI 5696

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Тернер и Робертс, п. 16.
  2. ^ Proc 2001.
  3. ^ Грег Гебель, "Битва лучей: И-ГЕРАЕТ", Война волшебников: Вторая мировая война и происхождение радара , 1 марта 2011 г.
  4. ^ Коричневый 1999, п. 288.
  5. ^ а б c d Хей 1960, п. 250.
  6. ^ а б c d Хей 1960, п. 257.
  7. ^ Коричневый 1999, п. 302.
  8. ^ Хубрегт Виссер, "Основы антенных решеток и фазированных решеток", Джон Вили и сыновья, 2006 г., стр. 65
  9. ^ а б Хей 1960, п. 249.
  10. ^ а б Хей 1960, п. 251.
  11. ^ а б c Хей 1960, п. 252.
  12. ^ Фриман Дайсон, «Недостаток интеллекта» Команда бомбардировщика ИЛИ

Библиография

  • Хей, Дж. Д. (1960). "Джи-Х - АМЕС 100". Служебный учебник радио, Том 7, Радиолокационные методы.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  • Тернер, Л .; Робертс, А. MIT Radiation Lab Series, V3, Радарные маяки. Массачусетский технологический институт.
  • Браун, Луи (1999). Радарная история Второй мировой войны: технические и военные императивы. CRC Press.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  • Джерри Прок, «Система GEE», 14 января 2001 г.
    • По материалам W.F. Бланшар, «Журнал навигации - глава 4», Королевский институт навигации; Том 44, номер 3 (сентябрь 1991)

внешняя ссылка