Sonne (навигация) - Sonne (navigation)

Sonne (По-немецки «солнце») был радионавигация система разработана в Германии во время Вторая Мировая Война. Он был разработан на основе более ранней системы, известной как Электра, поэтому система также известна как Elektra-sonnen. Когда британцы узнали об этой системе, они тоже начали ее использовать под названием Консоль, что означает «под солнцем».

Электра была обновленной версией лучевой низкочастотный радиодиапазон (LFR) использовался в Соединенных Штатах в 1930-е годы. Это было дополнительно изменено для создания Sonne путем электронного вращения сигнала для создания серии лучей, движущихся по небу. Используя простую синхронизацию сигнала, навигатор мог определить угол до станции. Два таких измерения затем дали радио исправить. Точность и дальность полета были превосходными, исправление ошибок составляло около градуса на дальности 1000 миль (1600 км).

Sonne был настолько полезен, что нашел широкое применение и в войсках Великобритании, и они взяли на себя управление после войны. Система использовалась для дальнего плавания под названием Consol и поддерживалась ИКАО как один из предложенных аэронавигация системы. Новые станции были построены по всему миру в течение следующих двадцати лет. Система оставалась в частичном использовании до 1990-х годов, а последний передатчик в Норвегии отключился в 1991 году.

Фон

Пеленговый метод определения местоположения по навигационной карте. В данном случае штурман провел три измерения: одно - напротив заметного топливного бака на берегу, а два других - по обе стороны небольшого острова. Использование третьей меры позволяет более точно определить положение, но это не обязательно.

В навигации определение "исправить "требует проведения двух измерений. Используя классические методы, это обычно было измерение двух углов, или подшипники, вдоль линии прямой видимости до видных ориентиры, как маяк. После проведения двух измерений линии позиции нарисованы расходящимися от ориентиров по обратному углу. Линии в какой-то момент пересекутся, и их пересечение определяет местонахождение навигатора.[1]

RDF

Внедрение портативных радио системы в начале 20 века дали возможность использовать радиовещательные компании (маяки ) как ориентир, который будет виден радиоприемником на очень больших расстояниях, сотни миль или более. Угол между навигатором и маяком можно измерить с помощью простого механизма, известного как рамочная антенна. Когда антенна вращается вокруг вертикальной оси, мощность принимаемого сигнала меняется и падает до нуля ( ноль), когда петля перпендикулярна линии до маяка.[2]

Этот метод, известный как радиопеленгация (RDF), полезно, но с умеренной точностью. Измерения с точностью выше нескольких градусов затруднены с помощью маленькой рамочной антенны, а из-за электрических характеристик не всегда легко сделать большую версию, которая могла бы обеспечить большую точность. Более того, добавление рамочной антенны может оказаться невозможным на небольших транспортных средствах или сложным в эксплуатации для тех, у кого нет специального навигатора.[2]

Радиодиапазон, Лоренц и Электра

Белая диаграмма с четырьмя рядами: первая - это буква N, за которой следует повторяющаяся последовательность штрих-точка-пробел; вторая - буква А с повторяющимся пробелом точка-тире; третий - A + N, за которым следует сплошная линия; в последней строке есть слово «время», за которым следует стрелка вправо
Аудиосигналы LFR: N транслировать, А струйный и комбинированный однородный тон

Другое решение проблемы радионавигации - использовать сигнал направленного «луча», который может быть принят только в определенной области. Самолет, летящий в луче, услышит сигнал по обычному радио. Это представляет проблему; Луч должен быть достаточно широким, чтобы его мог обнаружить самолет, но достаточно узким, чтобы служить точным ориентиром.

Первые попытки решить эту проблему были предприняты в Германии еще в 1904 году. О. Шеллер из компании Lorenz предложил систему, использующую четыре сигнала в общей веерообразной схеме. Каждый из сигналов модулировался на слух. азбука Морзе signal для N (тире-точка) или A (точка-тире), поэтому радиостанция, настроенная на частоту вещания, услышит один из этих сигналов. Сигналы намеренно слегка перекрывались, поэтому были участки, где слушатель мог слышать оба одновременно. В этом случае промежутки в одном сигнале будут заполнены другим, создавая устойчивый тон, известный как «равносигнальный».[3]

За этим последовало несколько разработок этой базовой концепции, но она не стала практичной, пока Первая Мировая Война. К тому времени экономика Германии была ограничена, а их авиационная деятельность строго ограничена. Затем практическая разработка переместилась в Соединенные Штаты, где он использовался в модифицированной форме с двумя широкими схемами вещания в форме восьмерки, которые позволяли легко захватывать сигнал. Вместо предложенной Шеллером системы посадки ближнего радиуса действия для создания самолета использовалась американская система. низкочастотный радиодиапазон (LFR) система, начиная с 1928 года, предлагая глобальную навигацию между аэропортами[4]

Чтобы использовать систему, самолет должен настроиться на станцию ​​по обычному радио. Затем они прислушивались к сигналу и, в зависимости от того, слышали ли они A или N, поворачивались, пока не летели в середине луча, где они слышали равносигнал. Система была настроена таким образом, чтобы луч, направленный на запад от одной станции, имел диаграмму, противоположную пунктирной схеме, как луч, направленный на восток от следующей, так что пилот мог настроиться на станции на любом конце определенного участка и услышать то же самое. сигнал от обоих. Когда они летели от станции к станции, они слышали сигнал от одного затухания и от другого нарастающего, пока они не пересекали станцию, где они входили в «конус тишины».[5]

Система слепой посадки с балкой Лоренца

По мере восстановления экономики Германии в конце 1930-х годов система Лоренца снова начала развиваться. Эрнсту Крамару было предложено разработать слепая посадка система больше похожа на исходную концепцию Шеллера. Это возникло как система, известная как "Луч Лоренца ", в котором использовались три антенны и методы фазирования для получения высоконаправленных сигналов шириной всего несколько градусов. Передатчики были размещены за пределами взлетно-посадочной полосы, и пилот мог слушать сигналы, чтобы лететь по веерообразному сигналу на ВПП. Вторая Мировая Война в качестве средств ночного бомбометания использовались еще более точные и дальнобойные версии; увидеть Битва лучей для подробностей.[6]

По мере того, как экономика Германии улучшалась и Luft Hansa начала расширять график, Крамар попросили разработать систему, аналогичную LFF, для использования в Европе. Он назвал это Электра в честь персонажа из романа Рихарда Штрауса. одноименная опера. Используя лучи Лоренца, компания Elektra позволила сделать каждый сигнал более узким, поэтому одна станция могла обеспечить несколько входных и исходящих путей вместо четырех. Таким образом, можно было бы использовать меньшее количество станций для производства серии дыхательные пути что более прямые аэропорты. Однако к моменту начала войны никаких усилий по развертыванию не было предпринято.[7]

Орфорднесс

Лучевые системы, такие как Radio Range или Elektra, позволяли самолету летать по линии в космосе. Если самолет вылетел из луча, навигационная информация отсутствовала. Придется использовать другие методы для расчета их приблизительного положения и попытаться настроиться на подходящую станцию, чтобы повторно захватить дыхательные пути. RDF был обычным решением, но это создавало проблему, требующую оборудования RDF.

Решение этой проблемы было предложено Великобританией в конце 1920-х годов и испытано экспериментально в Маяк Орфорднесса. Эта система по сути полностью изменила концепцию RDF, разместив вращающуюся антенну на земле вместо транспортного средства, медленно вращая ее со скоростью 1 об / мин (6 градусов в секунду). Любое радио, настроенное на эту станцию, услышит нули, когда диаграмма направленности антенны пройдет мимо них.[8]

Уловка, однако, заключалась в том, чтобы знать, на какой угол направлена ​​антенна в этот момент. Орфорднесс решил эту проблему, посылая азбуку Морзе "V" всякий раз, когда антенна была направлена ​​прямо на север. Посредством измерения задержки между получением V и нуля в секундах и последующего умножения на 6 было выявлено пеленг станции. Второй пеленг на аналогичную станцию ​​в RAE Фарнборо предоставил исправление.[8]

Sonne

В начале войны Люфтваффе подошел к Крамару, чтобы узнать, можно ли приспособить Электру для обеспечения общей навигации, а не управления лучом. Он ответил, адаптировав концепцию Орфорднесса, но сделал это уникальным способом, который означал резкое продвижение по форме.

Вместо вращения рамочной антенны Sonne использовала три отдельные фиксированные антенны, расположенные вдоль линии с каждой антенной на 1 км от следующей, на расстоянии трех длин волн на рабочей частоте 300 кГц (несколько частот использовались в диапазоне 250–350 кГц). Единственный передатчик производил сигнал, который отправлялся прямо на центральную антенну.[7]

Сигнал также отделялся от основного канала и отправлялся на «блок манипуляции». Это дополнительно разделяет сигнал на один из двух трактов, каждый из которых подключен к одной из двух боковых антенн. Блок манипуляции коротко отправлял сигнал на одну антенну, а затем в течение более длительного времени - на вторую, создавая штрих-пунктирную диаграмму, используемую в системах Лоренца. Поскольку центральная и одна из двух боковых антенн были запитаны в любой момент времени, результирующая диаграмма направленности была кардиоидный.[7][9]

Ключом к системе Sonne была дальнейшая модификация сигнала до того, как он достиг антенн. Фазовращатель использовался для задержки сигнала на 90 градусов, когда он был отправлен на одну из боковых антенн, или для продвижения его на 90 градусов от другой. Это создало серию пиков, или лепестков, внутри кардиоидной диаграммы направленности, каждая шириной около 7,5 градусов.[7] Поскольку антенны были физически разделены, шипы точно не перекрывались, создавая точки, штрихи и равносигнальные зоны системы Лоренца.[7][10]

Наконец, сигнал задержки фазы был медленно "повернут". В течение 30 секунд опережающий сигнал был задержан на 180 градусов, а запаздывающий сигнал продвинулся на те же 180 градусов. Это привело к медленному вращению всего кардиоидного рисунка, точки по часовой стрелке, тире против часовой стрелки.[10]

Навигация с Sonne

Эта часть карты Консола Великобритании 1946 года иллюстрирует основную концепцию системы Sonne. Навигаторы определяли свое приблизительное местоположение, используя любую форму навигации, затем настраивались на станцию ​​Consol и начинали считать услышанные точки или тире. Затем они будут искать это число на диаграмме, выбирая линию, ближайшую к их предполагаемому местоположению. Зеленые линии показывают пеленг от новой станции Буш-Миллс в Северной Ирландии, красные - от станции Ставангер в Норвегии.

Раз в минуту сигнал на боковые антенны отключался, производя чистый тон, который транслировался во всех направлениях от центральной антенны. Это было связано с идентификатором станции азбукой Морзе. Навигатор может использовать этот 6-секундный период, чтобы найти общее местоположение с помощью RDF. Это позволило им определить, в каких лепестках паттерна они ожидали расположиться.[11]

Когда фазовые задержки снова начались, через 2 секунды после того, как идентификатор станции закончился, с него началось точечно-тире. Приемник обычно расположен по одну или другую сторону от равносигнала, поэтому они будут слышать либо точки, либо тире - для этого примера скажем точки. При повороте шаблона лепесток точек удалялся от приемника, а сигнал штрихов приближался к нему. Таким образом, в течение 30 секунд получатель будет слышать точки, затем равносигнал (кратковременно), а затем тире. Посчитав время прибытия равносигнала, навигатор мог определить их местоположение в пределах доли.[11]

Об этом звукеВоссозданный тон DF и развертка с черточками 

В то время как Орфорднесс требовал, чтобы эта задержка была рассчитана по часам, Сонне вводил сигнал один раз в секунду, позволяя фиксировать время просто путем подсчета количества точек или тире. Чтобы сделать этот процесс еще проще, серия морские карты были произведены с перечисленными на них счетами. Навигатор просто посмотрел число на карте, чтобы определить азимут.[11]

Поскольку шаблон вращался только на 7,5 градусов за 30 секунд, а время было точным только до секунды, точность системы теоретически составляла 7,5 / 30, или градуса. На практике в течение дня на расстоянии 300 морских миль точность ± ½ градуса была обычной, когда приемник располагался под прямым углом к ​​базовой линии станции, и ± 1 градус при 70 градусах к нормали. Как и в большинстве средне- и длинноволновых систем, точность ухудшалась ночью из-за атмосферных воздействий до ± 1 градуса по нормали и ± 2 градуса при 70 градусах.[9]

Развертывание

Согласно общему правилу навигации, наиболее точные результаты получаются, когда два пеленга разнесены как можно ближе к 90 градусам. Поскольку Sonne была системой дальнего действия, имело смысл размещать станции на больших расстояниях друг от друга, чтобы увеличить площадь, где между станциями будут большие углы.

Это привело к развертыванию, начатому в 1940 году, с двумя станциями в Испании и одной в Норвегии. Дополнительные станции были добавлены на протяжении всей войны, включая примеры в Нидерландах, Франции, Испании и Германии. В итоге было построено 18 радиовещательных компаний, некоторые из которых назывались Sonne, а другие Elektra, хотя причина такого наименования не ясна в современных источниках.[12]

Система была скомпрометирована захватом немецкой подводной лодки. U-505 в 1944 году, что привело к полному пониманию системы в Великобритании. Это оказалось настолько полезным, что Сонне был быстро принят Прибрежное командование Королевских ВВС, кому нужна была система с большей дальностью действия, чем Ну и дела предложенный. Чтобы их использование было менее очевидным, во всех британских записях система именуется «Консоль».[7]

Использование Coastal Command стало настолько распространенным, что они стали полностью зависеть от системы. В конце войны, когда немцы потеряли доступ к Испании, из-за нехватки запчастей одна из испанских станций отключилась. Эдвард Феннесси организовал поставку запасных частей, предоставленных РФС, для поддержания его в рабочем состоянии.[7]

Послевоенное использование

Sonne, ныне известный под кодовым названием Consol в Великобритании, широко использовался в послевоенное время. По сравнению с такими системами, как VOR или же RDF От навигационного судна Consol ничего не требовалось, кроме обычного радио и умения считать. Это оказалось настолько привлекательным, что новые станции Consol были созданы во Франции, Северной Ирландии и даже три в США (где она была известна как Consolan) и несколько в СССР. Это был один из ИКАО Рекомендуемые системы дальней навигации.[7][13]

Хотя были введены более точные и простые в использовании системы, в частности ЛОРАН-С Низкая стоимость использования Consol (радиоприемник) позволила использовать его в качестве прогулочного катера в течение многих лет. Большинство радиовещательных компаний Consol использовались до 1980-х годов. Ставангер Станция оставалась в сети до 1991 года.[7] К этому моменту LORAN и системы GPS начали падать в цене, и к 2000 году они заменили большинство форм радионавигации.

Список станций Consol

Андёя, Бьёрнёйя и остров Ян-Майен имели одинаковую частоту. Они по очереди транслировали 4-минутный цикл.

Предлагаемые станции Консоль так и не построены

Рекомендации

Цитаты
  1. ^ Чарльз Хасик, "Чепменское пилотирование и мореходство" (64-е изд.), Hearst Communications, декабрь 2003 г., стр. 618
  2. ^ а б Джозеф Моэлл и Томас Керли, «Поиск передатчика: упрощенный поиск радиопеленгации», TAB Books, 1978, стр. 1–5.
  3. ^ Звонок 1978, п. 2.
  4. ^ «Слепой полет на луче: авиационная связь, навигация и наблюдение, его происхождение и политика в области технологий», Журнал воздушного транспорта, 2003
  5. ^ '«История ИКАО: Канада»
  6. ^ Звонок 1978, п. 3.
  7. ^ а б c d е ж грамм час я Бланшар 1991.
  8. ^ а б Пирс, Маккензи и Вудворд, 1948 г., п. 4.
  9. ^ а б Хей 1960, п. 254.
  10. ^ а б Хей 1960, п. 255.
  11. ^ а б c Хей 1960, п. 256.
  12. ^ Я. ван Тонгерен, "Электра-Сонне"
  13. ^ Рощи 2008, стр. 8–9.
  14. ^ а б c d е Техническое руководство Dolphin Mk 3 (PDF). Пай.
Библиография