ГЛ Мк. Я радар

ГЛ Мк. я

Страна происхождения	Великобритания
Представлено	Мк. Я конец 1939 года ( конец 1939 года ) Мк. I* начало 1941 г. ( начало 1941 г. )
Тип	направление АА
Частота	от 54,5 до 85,7 МГц
ПРФ	1,5 кГц
Ширина импульса	3 мкс
Азимут	±20° от текущего подшипника
Точность	50 м в радиусе действия
Власть	50 кВт
Другие имена	РЛС, Зенитная №1, Мк. 1

ГЛ Мк. II

ГЛ Мк. II фургон с передатчиком
Страна происхождения	Великобритания
Представлено	конец 1941 года ( конец 1941 года )
Тип	направление АА
Частота	от 54,5 до 85,7 МГц
ПРФ	от 1 до 2,5 кГц
Ширина импульса	от 1 до 1,2 мкс
Диапазон	Обнаружение на расстоянии 50 000 ярдов (46 км) Отслеживание на расстоянии 30 000 ярдов (27 км) Направление орудия на 14 000 ярдов (13 000 м)
Азимут	±20° от текущего подшипника
Высота	15–45°
Точность	Радиус действия 50 м (55 ярдов), менее 0,5° в направлении
Власть	150 кВт
Другие имена	РЛС, Зенитная №1, Мк. 2, СОН-2

Радар, Наведение орудия, Mark I или GL Mk. Короче говоря , это была первая радиолокационная система, разработанная британской армией для предоставления информации о дальности действия соответствующей зенитной артиллерии . Было две модернизации одной и той же базовой системы: GL/EF (Elevation Finder) и GL Mk. II , оба из которых добавили возможность точного определения направления и высоты.

Первый набор GL представлял собой элементарную конструкцию, разработанную с 1935 года. На базе Chain Home компания GL использовала отдельные передатчики и приёмники, расположенные в деревянных кабинках, установленных на лафетах, каждый из которых имел собственные антенны, которые нужно было вращать для наведения на цель. Антенна выдавала полунаправленный сигнал и могла передавать только точную о наклонной дальности информацию ; Точность пеленга цели составляла примерно 20 градусов, и он не мог предоставить информацию о высоте цели. Некоторые из них были задействованы в составе британского экспедиционного корпуса , и по крайней мере один был захвачен немецкими войсками во время эвакуации из Дюнкерка . Их оценка привела их к выводу, что британский радар был гораздо менее совершенным, чем немецкий.

Планируется представить Mk. II с точными пеленгом и углом возвышения разрабатывались с самого начала, но они не были доступны до 1940 года. Целесообразным решением стала насадка GL/EF, обеспечивающая точность измерений пеленга и высоты примерно до градуса. Благодаря этим улучшениям количество снарядов, необходимых для уничтожения самолета, упало до 4100, что в десять раз больше, чем в начале войны. Около 410 Mk. Я и немного доработал Mk. I* производились, когда производство перешло на Mk. II, имевший достаточную точность для прямого наведения орудия. Более высокая точность и более простое управление снизили количество выстрелов на убийство до 2750 у Mk. II. После вторжения в Советский Союз в 1941 году около 200 Mk. II поставлялись Советскому Союзу, который использовал их под названием SON-2 . 1679 Мк. В конечном итоге были произведены II.

Внедрение резонаторного магнетрона в 1940 году привело к новым разработкам с использованием узконаправленных параболических антенн, позволяющих обеспечить как дальность, так и точные измерения пеленга, будучи при этом гораздо более компактными. Эти GL Mk. III радиолокационные установки производились в Великобритании как Mk. IIIB (для британцев) и модель местного производства из Канады как Mk. IIIC. Мк. II остался на службе на второстепенных ролях как Mk. III заменили их на фронте. Оба, как правило, были заменены, начиная с 1944 года, более совершенным SCR-584 .

Разработка

Армейская ячейка

Первое упоминание о радаре в Великобритании было предложено в 1930 году У.С. Бутементом и П.Е. Поллардом из (SEE) Военного министерства армии Экспериментального центра сигналов . Они предложили построить радиолокационную систему для обнаружения кораблей, которая будет использоваться с береговыми батареями, и зашли так далеко, что создали маломощный макет 50 см , использующий импульсы с длиной волны (600 МГц). Военное министерство не проявило интереса и не предоставило финансирования для дальнейшего развития. Этот вопрос был упомянут вскользь в январском выпуске « Книги изобретений королевских инженеров» за 1931 год .

После успешной демонстрации радара министерством авиации и быстрого прогресса в разработке системы, которая впоследствии стала Chain Home (CH) в 1936 году, армия внезапно заинтересовалась этой темой и посетила команду радаров CH в их новой штаб-квартире в Боудси-Мэнор . Здесь им были представлены уменьшенные версии системы CH, предназначенные для полумобильного развертывания. Похоже, что это имело ряд применений в армии, что привело к созданию 16 октября 1936 года Секции военного применения. но повсеместно именуемый армейской ячейкой. Этой группе было предоставлено место в Боудси, и в нее входили Бутемент и Поллард из ЮВЕ.

Первоначально перед ячейкой была поставлена ​​задача улучшить зенитный огонь, и ей сказали, что основной проблемой, которую нужно решить, является точное измерение дальности. Оптические инструменты использовались для обнаружения самолетов и точного определения их пеленга и высоты , но определение дальности с помощью оптических средств оставалось трудным, медленным и допускало простые ошибки в процедуре. Радиолокационная система, которая могла бы обеспечить точное и быстрое определение дальности, значительно повысила бы их шансы на успешное поражение самолета. Перед ними была поставлена ​​цель измерить дальность с точностью до 50 ярдов (46 м) на расстоянии 14 000 ярдов (13 км).

В том же году из основной группы разработчиков CH была выделена Воздушно-десантная группа с целью разработки гораздо меньшей радиолокационной системы, подходящей для установки на больших самолетах. Это будет роль радара перехвата самолетов (ИИ) , цель которого будет заключаться в том, чтобы обнаруживать бомбардировщики в ночное время и позволять тяжелым истребителям находить и атаковать их с помощью собственного радара. Когда эти комплекты продемонстрировали способность легко обнаруживать корабли в Ла-Манше , армейская ячейка сформировала вторую группу для внедрения этих систем в функции береговой обороны (CD), обеспечивая измерения дальности и угла с достаточной точностью, чтобы вести огонь вслепую. Береговые батареи . Эту команду возглавил Бутемент, оставив Полларда основным разработчиком систем GL.

Мк. Я развиваюсь

Работа над GL была начата очень рано во время разработки CH, и, как и CH той эпохи, использовались относительно длинные волны, поскольку их можно было легко генерировать и обнаруживать с помощью существующей электроники коммерческих коротковолновых радиосистем. Обратной стороной этого целесообразного подхода является то, что радиоантенны обычно должны занимать значительную часть длины волны радиосигнала, чтобы работать с разумным усилением . Для 50-метровых длин волн, первоначально используемых CH, потребуются антенны порядка 25 м (82 фута).

Очевидно, что это было непрактично для любой мобильной системы, но по мере появления новой электроники в конце 1930-х годов длины волн, используемые радиолокационными системами, продолжали падать. К тому времени, когда GL была готова начать испытания, система могла работать на длинах волн от 3,4 до 5,5 м (от 11 до 18 футов). уменьшение размера антенны до более приемлемой длины в несколько метров. Подобные изменения в электронике также привели к появлению уменьшенных версий CH, Mobile Radio Unit или MRU, которые обеспечивали как мобильную службу раннего предупреждения, так и перемещаемую службу в случае выхода из строя основной CH-станции.

Радарные дисплеи типа CH используют генератор временной развертки для создания плавно изменяющегося напряжения , которое подается на один из входов электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Временная развертка откалибрована так, чтобы точка ЭЛТ перемещалась по экрану за то же время, за которое эхо-сигналы будут возвращаться от объектов на максимальной дальности действия радара. Точка движется так быстро, что выглядит как сплошная линия. Обратный сигнал усиливается, а затем отправляется в другой канал ЭЛТ, обычно на ось Y, заставляя пятно отклоняться от прямой линии, создаваемой временной разверткой. Для небольших объектов, таких как самолеты, отклонение приводит небольшого пятна к появлению на дисплее . Расстояние до цели можно измерить, сравнив расположение отметки с калиброванной шкалой на дисплее.

Точность такого дисплея зависит от размера трубки и дальности действия радара. Если можно было бы ожидать, что отметка будет измерена с точностью до 1 мм по шкале типичной 3-дюймовой (76 мм) ЭЛТ, и этот радар имеет максимальную дальность действия 14 000 ярдов, то этот 1 мм представляет собой 14 000/(75 ярдов). / 1) , чуть более 186 ярдов (170 м). Это была гораздо меньшая точность, чем хотелось, которая составляла около 50 ярдов (46 м).

Чтобы создать систему, способную выполнять такие точные измерения и делать это постоянно, Поллард разработал систему, которая использовала весь ЭЛТ-дисплей для обеспечения измерения, показывающего только диапазоны на небольшом расстоянии по обе стороны от заранее выбранного диапазона. Система работала, заряжая конденсатор с известной скоростью до тех пор, пока он не достиг порога, который запускал временную развертку. Временная база была настроена на перемещение по экрану за время, составляющее менее километра. большой потенциометр . Для контроля скорости зарядки использовался что обеспечивало смещение диапазона. Расстояние до цели измерялось с помощью потенциометра для перемещения отметки до середины дисплея, а затем считывания расстояния по шкале потенциометра. Базовая система быстро развивалась, и к лету 1937 года испытательная система обеспечивала точность 100 ярдов (91 м) для самолетов на расстоянии от 3000 ярдов (2700 м) до 14 000 ярдов (13 км). К концу года ситуация улучшилась. с точностью до 25 ярдов (23 м).

Поскольку первоначальным требованием к системе было предоставление дополнительной информации оптическим приборам, точные измерения пеленга не требовались. Однако системе действительно требовался какой-то способ гарантировать, что цель, на которую наводится дальность, отслеживается оптически, а не другая близлежащая цель. Для этой цели система использовала две приемные антенны, установленные на расстоянии примерно одной длины волны, так что, когда они были направлены прямо на цель, полученные сигналы нейтрализовались и появлялся нулевой результат на дисплее . Сообщение было отправлено на второй дисплей, оператор которого пытался направить антенны на цель.

Передатчик, имевший мощность около 20 кВт, устанавливался в большой прямоугольной деревянной кабине на колесном прицепе. Одиночная полуволновая дипольная антенна была установлена ​​на коротком вертикальном удлинении в одном конце кабины так, чтобы «линия обзора» располагалась вдоль длинной оси. Антенна была лишь незначительно направленной: сигнал распространялся веером под углом около 60 градусов в обе стороны.

Приемник был значительно сложнее. Кабина оператора была несколько меньше передатчика и установлена ​​на опорной системе лафета зенитного орудия, которая позволяла поворачивать всю кабину вокруг вертикальной оси. Неподалеку над крышей располагался прямоугольный металлический каркас, примерно повторяющий очертания кабины. Три антенны были установлены в линию вдоль одной из длинных сторон каркаса; Измерения дальности проводились с антенны посередине, а направленные путем сравнения сигнала на двух антеннах - с конца. За двумя несущими антеннами были установлены отражатели, расположенные на расстоянии длины волны, что сужало угол их приема.

В полевых условиях передатчик будет направлен в ожидаемом направлении атаки, а приемник будет размещен на некотором расстоянии, чтобы защитить его от отражения сигнала от местных источников.

Первоначальное развертывание

К 1939 году команда была настолько довольна состоянием оборудования, что ей были разосланы контракты на производство. компания Metropolitan-Vickers Контракт на передатчик выиграла AC Cossor , а на приемник - . Массовое производство комплекта GL не оказалось особенно трудным, и к концу 1939 года было поставлено 59 полных систем, а еще 344 должны были быть завершены в течение 1940 года.

Система сделала именно то, что от нее требовали; он обеспечивал очень точные измерения дальности порядка 50 ярдов. Однако на местах стало ясно, что этого недостаточно. К концу 1939 года призрак ночных бомбардировок стал серьезной проблемой, и, поскольку система GL не могла предоставить точную информацию о пеленге и высоте, она не могла наводить орудия в ночное время. Вместо этого времен Первой мировой войны использовался стиль работы : прожекторы охотились за целями в основном случайным образом, а обычные оптические инструменты использовались для определения пеленга и высоты после того, как цель была освещена. На практике этот стиль операции оказался столь же неэффективным, как и во время Первой мировой войны.

Несмотря на то, что на систему GL было потрачено немало времени, усилий и денег, когда «Блиц» открыл всю армейскую систему ПВО, она оказалась неэффективной. Генерал Фредерик Пайл , командующий армейским командованием ПВО , выразил это так:

Проблемы с радаром были огромными. К началу октября 1940 года нам не удалось произвести за ночь ни одного выстрела. Это было горьким разочарованием – мы собрали установки в чудесные сроки, но потом у нас возникли самые большие трудности с их калибровкой. Каждый план, который мы составляли, терпел неудачу, и всегда по причинам, с которыми мы не могли справиться.

Для обнаружения целей ГЛ была в значительной степени неэффективна. С механической точки зрения необходимость разворачивать всю систему для слежения представляла собой серьезную проблему. Более серьезным ограничением были сами дисплеи, которые отображали лишь небольшую часть неба на дисплее дальности и единственную индикацию попадания в цель или отклонения от цели по пеленгу. Хотя можно было повернуть антенну по направлению, чтобы найти цель, направление было точным всего до 20 градусов, чего было достаточно, чтобы удерживать антенны на одной линии с целью, но бесполезно направлять оптические приборы на цель, особенно ночью. Кроме того, дисплей пеленга показывал только то, выровнены антенны или нет, но не показывал, в какую сторону лежала цель, если она была смещена, что требовало дополнительной работы, чтобы определить, в каком направлении повернуть антенну для слежения.

Помимо этих проблем, широкий веерообразный сигнал представлял серьезные проблемы, когда в луч попадало более одного самолета. В этом случае показания пеленга всегда показывали, что он смещен, и устройства для измерения дальности не могли узнать, какой самолет они измеряют. В таких условиях даже самые опытные экипажи не могли удовлетворительно сопровождать цель.

Радар в Дюнкерке

ГЛ Мк. Комплекты I были развернуты в составе Британского экспедиционного корпуса вместе с подразделениями MRU, которые обеспечивали раннее предупреждение . После краха обороны и возможной эвакуации Дюнкерка эти наборы пришлось оставить во Франции .

Осталось достаточно деталей, чтобы радиолокационная группа Вольфганга Мартини смогла собрать воедино конструкцию и определить основные эксплуатационные возможности систем. То, что они обнаружили, их не впечатлило. РЛС Люфтваффе как для раннего предупреждения ( «Фрея» ), так и для наводки ( «Вюрцбург» ) были значительно более совершенными, чем их британские аналоги того времени, работающий на гораздо более коротких длинах волн около 50 см.

Эта оценка в сочетании с провалом миссии LZ-130 по обнаружению британских радаров в августе 1939 года, по-видимому, привела к общей недооценке полезности британских радиолокационных систем. Несмотря на то, что о «Чейн Хоум» было известно, в немецких отчетах о состоянии Королевских ВВС, написанных незадолго до битвы за Британию, радар вообще не упоминался. В других отчетах об этом упоминается, но они не считают это очень важным. Другие подразделения Люфтваффе , судя по всему, пренебрежительно относятся к системе в целом.

Мк. II развитие

Команда GL уже начала планировать значительно улучшенную версию системы, которая также могла бы предоставлять точную информацию о пеленге и высоте. Они всегда хотели, чтобы система GL могла наводить орудия во всех измерениях, но острая необходимость как можно скорее вывести систему на поле боя препятствовала этому.

Чтобы добавить эту возможность, они адаптировали концепцию радаров береговой обороны, разрабатываемую Butement. Идея заключалась в том, чтобы использовать две антенны, направленные в несколько разных направлениях, но их чувствительные области слегка перекрывались бы по их центральной линии. В результате получается диаграмма приема, в которой каждая из антенн выдает максимальный сигнал, когда цель находится немного сбоку от центральной линии, в то время как цель, расположенная точно посередине, будет производить немного меньший, но равный сигнал на обеих антеннах. Переключатель используется для переключения сигналов между двумя антеннами, отправляя их на один и тот же приемник, усилитель и ЭЛТ. Один из сигналов также отправляется через задержку, поэтому его метка рисуется немного смещенной.

В результате получается дисплей, аналогичный CH, показывающий расстояние до целей в пределах видимости, но при этом каждая из целей отображает два близко расположенных сигнала. Сравнивая длину миганий, оператор может определить, какая антенна более точно направлена ​​на цель. Если повернуть антенны в сторону более сильного сигнала и более длинного сигнала, цель окажется в центре, и два сигнала станут одинаковой длины. Даже при использовании относительно длинных волн точность порядка ½ градуса может быть достигнута с помощью этих переключения лепестков . систем

Mk. I*

Как Мк. Приехав в поле, был внесен ряд усовершенствований в базовую электронику. Они были собраны вместе, чтобы сформировать Mk. Я* версия. Различия между Mk. Я и Мк. Я* обращался прежде всего к деталям. Было обнаружено, что при определенных положениях передатчика и приемника небольшая антенна, используемая для запуска временной развертки, будет воспринимать слишком слабый сигнал для работы. Его заменил трос между двумя каютами, известный как тросовый замок . Некоторые детали ВЧ-каскадов приемника улучшили соотношение сигнал/шум , был добавлен регулятор напряжения для корректировки различий в генераторах, а также была введена новая система, заменившая сложную систему заземления потенциометра на электронную версию. Более серьезным изменением стало введение функций защиты от помех .

Бедфорд Аттадж

К концу 1939 года стало ясно, что Mk. I в его нынешнем виде не был бы полностью полезен в полевых условиях, особенно ночью, и это произойдет по крайней мере до начала 1941 года, прежде чем Mk. II был доступен. Лесли Бедфорд сформировал в Коссоре отдел разработки радаров для производства приемников CH и был хорошо знаком как с желаниями зенитчиков, так и с возможностями, присущими радиолокационным системам. Он предположил, что адаптировать антенну и системы отображения от Mk. II к Мк. I, предоставляющая многие из тех же преимуществ.

Результатом стал GL/EF , что означает «Орудийный прибор для наведения/высоты» , хотя почти повсеместно его называли « Bedford Attachment» . В эту модификацию добавлен набор вертикальных антенн и новый ЭЛТ для измерения высоты для их считывания, а также радиогониометр , который позволял точно измерять вертикальный угол. Мк. I* с GL/EF начали развертывание в начале 1941 года, как раз в тот момент, когда Блиц достиг крещендо.

Благодаря приставке «Бедфорд» армия впервые получила полную систему наводки орудий. Поскольку все три оси могут считываться непрерывно, предсказатели могут получать информацию непосредственно от радара без необходимости использования оптических входов. Аналогичным образом, сами пушки либо автоматически приводились в действие от предсказателя, либо требовалось, чтобы слои следовали механическим указателям, чтобы соответствовать выходному сигналу предсказателя, концепция, известная как наложение иглы на иглу . Даже настройки предохранителя устанавливались автоматически по значениям дальности, поступающим с РЛС. Вся артиллерийская проблема теперь была полностью автоматизирована.

Проблемы с калибровкой

Аэрофотоснимок мата для наводки пушек, установленного на восточном побережье, к северу от Сандерленда. Пандус и платформа в центре выделяются.

Вот тут-то и появились серьезные проблемы с калибровкой. После долгих исследований с использованием рефлекторов, подвешенных на воздушных шарах, и испытаний против случайных самолетов стало ясно, что основная проблема заключалась в выравнивании земли вокруг станции. Длинные волны, используемые в этих ранних радарах, сильно взаимодействовали с землей, в результате чего лучи отражались вперед, а не поглощались или рассеивались. Эти отраженные сигналы иногда достигали цели и возвращались в приемник вместе с сигналами, поступающими непосредственно от передатчика. Помехи между ними привели к появлению нулей в схеме приема, что затруднило поиск цели.

На практике эти нули, особенно по углу места, будут перемещаться, когда антенны вращаются для отслеживания цели. Сначала считалось, что это не будет серьезной проблемой и что ее можно решить путем разработки калибровочной таблицы для каждого объекта. Но даже самые первые тесты показали, что калибровка меняется в зависимости от длины волны. Это означало, что им придется либо составить несколько калибровочных таблиц, по одной для каждого радара, либо, если потребуется единая таблица поправок для разных пеленгов, антенны придется перемещать вертикально при изменении длины волны.

И снова Бедфорд предложил решение; вместо калибровки радара он предложил калибровать саму землю, выровняв территорию вокруг станции с помощью металлического проволочного мата. На самом деле разработка такой системы выпала на долю Невилла Мотта , физика, недавно присоединившегося к армейской ячейке. В конечном итоге выяснилось, что правильные размеры представляют собой восьмиугольник диаметром 130 ярдов (120 м) с квадратной проволочной сеткой размером 2 дюйма (5,1 см). Его поддерживали в воздухе сотни натянутых проводов, протянутых через деревянные столбы на высоте около 5 футов (1,5 м). Чтобы обеспечить необходимый зазор между антенной и проволочным заземляющим матом, радиолокационную систему пришлось поднять в воздух на блоках, и доступ к ней осуществлялся через деревянный мостик.

Усилия по оснащению британских комплектов GL этими ковриками были огромными. На каждый мат потребовалось 230 рулонов проволочной сетки, каждый шириной 4 фута (1,2 м) и длиной 50 ярдов (46 м). В общей сложности они занимали площадь около 15 000 квадратных ярдов (13 000 м²). ² ) и израсходовал 650 миль (1050 км) проволоки, не считая 10 миль (16 км) проволоки, использованной в опорной конструкции под сеткой. Первоначально они планировали сразу установить маты на 101 объекте, но к декабрю 1940 года они израсходовали более 1000 миль (1600 км) оцинкованной проволоки, израсходовав все запасы материала в стране и вызвав нехватку проволочной сетки по всей стране .

На строительство коврика ушло около 50 человек за четыре недели. К концу января 1941 года было модернизировано всего 10 объектов, а все это время устанавливались новые огневые точки ПВО, так что количество перспективных объектов росло быстрее, чем их можно было построить. К апрелю Пайл пришел к выводу, что маты потребуются 95% объектов ПВО, и они ожидали, что к марту 1942 года 600 объектов будут готовы к работе. коврики. Программа матов формально завершилась в марте 1943 года.

Другая проблема, так и не решенная полностью, заключалась в том, что любой воздушный заградительный огонь в этом районе мог образовать мощный отражатель, делающий все, что находится за ним, невидимым. Это особенно раздражало, поскольку аэростаты часто размещались рядом с зенитными орудиями, поскольку обе системы использовались вместе для защиты важных целей. Рассматривалось решение в виде системы, позволяющей устранять низколежащие отражения, но оно не было до конца разработано.

Потрясающие результаты

Помимо дальнейшего технологического совершенствования систем GL, Пайл значительно улучшил общее состояние ПВО, начиная с сентября 1940 года, назначив научного советника в высший эшелон командования ПВО. На эту роль он выбрал Патрика Блэкетта во время Первой мировой войны , который имел опыт службы в Королевском флоте и с тех пор продемонстрировал значительные математические способности. Блэкетт планировал изучить проблему ПВО с чисто математической точки зрения, концепция, которая оказалась чрезвычайно ценной в других областях противовоздушной обороны и в конечном итоге переросла в общую область оперативных исследований .

Блэкетт сформировал исследовательскую группу, известную как Исследовательская группа командования ПВО, но повсеместно называемую «Цирк Блэкетта». Блэкетт сознательно выбрал членов разного происхождения, в том числе физиологов Дэвида Кейнса Хилла , Эндрю Хаксли и Л. Бэйлисса, физиков-математиков А. Портера и Ф. Набарро , астрофизика Х. Батлера, геодезиста Г. Рэйбоулда, физика И. Эванса и математиков А. Дж. Скиннера и математиков. М. Кист, единственная женщина в команде. Их цели были аккуратно резюмированы Блэкеттом:

... первой задачей было разработать лучший метод построения [радарных] данных и прогнозирования будущей позиции противника для использования орудий на основе только карандаша и бумаги, таблиц дальности и предохранителей. Вторая задача заключалась в том, чтобы помочь в разработке простых форм плоттерных машин, которые должны были быть изготовлены за несколько недель. Третье состояние заключалось в том, чтобы найти средства использования существующих предсказателей в сочетании с радиолокационными установками.

Тем временем, в ноябре 1940 года, Джон Эшворт Рэтклифф был переведен со стороны Министерства авиации в Боудси, чтобы открыть школу зенитных артиллерийских орудий в Питершеме на западной стороне Лондона. Одна из проблем, которая сразу же стала очевидной, заключалась в том, что входные данные для предсказателей, аналоговых компьютеров , которые выполняли баллистические расчеты, очень легко ошибиться. Эта информация была передана обратно через армейскую иерархию, и снова Бедфорд предложил решение. В результате было создано несколько тренажеров, которые использовались в школе АА, что позволило операторам оттачивать свои навыки.

Чтобы лучше изучить проблему ПВО, Цирк вскоре добавил к некоторым сайтам АА в районе Лондона четвертый трейлер , посвященный исключительно записи входных данных для предсказателей, количества выпущенных снарядов и результатов. Эти цифры были переданы через командную структуру ПВО на предмет возможности улучшения ситуации. В официальной истории, опубликованной сразу после войны, отмечалось, что с сентября по октябрь 1940 года было выпущено 260 000 зенитных снарядов, в результате чего было уничтожено 14 самолетов, что составляет 18 500 выстрелов на убийство. Это уже было большим улучшением по сравнению со статистикой до радара, которая составляла 41 000 выстрелов на убийство. Но с добавлением GL/EF, матов GL и улучшенной доктрины к 1941 году этот показатель упал до 4100 выстрелов на убийство.

Пайл прокомментировал улучшения, отметив:

Первоначальные трудности в значительной степени были сглажены, и 11–12 мая [1941 г.], когда рейды были настолько масштабными, что нам предоставили больше возможностей, мы получили 9 жертв, причем один вероятный и не менее 17 других получили ранения. [...] Блиц практически завершился той ночью. К концу Блица мы уничтожили 170 ночных рейдеров, вероятно, уничтожили еще 58 и повредили в той или иной степени еще 118.

Мк. II прибывает

Производство Мк. II был выпущен Gramophone Company и Cossor. Прототип Мк. II начали появляться еще в июне 1940 года, но в конструкцию были внесены значительные изменения по мере получения дополнительной информации от Mk. Наборы I потекли потоком. Окончательный вариант конструкции начал поступать в серийное производство в начале 1941 года.

Дисплеи были расположены в деревянной кабине под приемной решеткой, включая отдельные ЭЛТ для измерения дальности, пеленга и угла места, что позволяло непрерывно отслеживать ситуацию на протяжении всего боя. Антенна передатчика теперь выпускалась в двух версиях: одна с широкоугольным лучом для первоначального обнаружения цели или ее поиска, а другая с гораздо более узким лучом, который использовался при отслеживании одиночной цели. Хотя это усложняло задачу, но также значительно уменьшало проблему появления на дисплеях более чем одной цели.

Мк. II также включал новый передатчик, мощность которого увеличилась в три раза с 50 до 150 кВт. Эта дополнительная мощность обеспечивала несколько большую дальность действия, но, что более важно, она позволяла ширину импульса значительно уменьшить при сохранении той же дальности. Резкость эха зависит от ширины импульса, поэтому за счет ее уменьшения система становилась более точной. Мк. II мог обеспечить измерение пеленга с точностью до ½ градуса, что примерно в два раза точнее, чем у Mk. I*, и как раз в пределах дистанции, необходимой для прямого наведения орудия. Мк. II в значительной степени заменил Mk. I* к середине 1942 г. и оставался в строю до 1943 г. Анализ показал, что Mk. II увеличил количество выстрелов на убийство до 2750, что является еще одним значительным достижением. С июня 1940 по август 1943 года было произведено 1679 комплектов GL Mark II.

Мк. III развитие

Основная статья: GL Mk. III радар

ГЛ Мк. Радар III C

Внедрение магнетрона с резонатором в 1940 году позволило радарам эффективно работать на гораздо более коротких длинах волн микроволнового диапазона , что уменьшило длину антенн до нескольких сантиметров. Эти антенны были настолько короткими, что их можно было разместить перед параболическими отражателями , которые фокусировали сигнал в очень узкий луч. Вместо ширины диаграммы направленности 150 градусов типичные микроволновые конструкции могут иметь ширину луча примерно 5 градусов. Используя технику, известную как коническое сканирование , вращающуюся версию переключения лепестков, это можно было бы дополнительно уменьшить до менее ½ градуса, что более чем достаточно для прямой наводки орудий.

В конце 1940 года армия активно работала над созданием радиолокационной системы GL S-диапазона и к 1942 году уже отправила чертежи компаниям в Великобритании для производства. Работа также началась в Канаде в 1940 году над полностью спроектированной и построенной в Канаде версией, производство которой началось в сентябре 1942 года, а поставки в Великобританию начались в ноябре 1942 года, как GL Mk. IIIC , а британские подразделения прибудут в следующем месяце под обозначением Mk. IIIБ. Они были значительно более мобильными, чем более ранние Mk. Я и Мк. II конструкции, состоящей из двухколесных прицепов и генераторной установки.

Поскольку антенны были гораздо более направленными, чем широкие веерообразные лучи более ранних систем, всей проблемы с отражениями от земли можно было избежать, просто обеспечив, чтобы антенны всегда были направлены на несколько градусов над горизонтом. Это гарантировало, что ни один сигнал не отразится от земли при передаче, а также не будут видны любые близлежащие отражения возвращенного сигнала. Необходимость в проволочном заземляющем мате более ранних моделей была устранена, и площадки можно было разобрать и полностью ввести в эксплуатацию за считанные часы.

Новые микроволновые комплекты начали заменять Mk. II в 1943 году, но поставки были не особенно быстрыми, и эти комплекты часто отправлялись в новые части, а не на замену Mk. Я в поле. Появление в 1944 году американского радара SCR-584 стало катализатором быстрой замены всех этих комплектов, поскольку он объединил сканирование и слежение в единый блок с внутренней генераторной установкой. Сразу после войны они, в свою очередь, были заменены меньшими и более легкими зенитными орудиями № 3 Mk. 7 , который использовался до тех пор, пока в конце 1950-х годов с вооружения не были сняты зенитные орудия.

Описание

Базовый дизайн

Мк. Я использовал две антенны: одну для передачи, другую для приема. Оба были построены на деревянных хижинах, по конструкции похожих на туристический трейлер , в которых находилась соответствующая электроника. Хижины устанавливались на больших несущих пластинах, которые позволяли всей хижине вращаться для отслеживания целей. Они, в свою очередь, для обеспечения мобильности устанавливались на зенитные лафеты. Генераторная установка была помещена между ними и обеспечивала электроэнергией оба.

Система передатчика на Mk. Я производил импульсы длительностью 3 микросекунды (мкс) мощностью до 50 кВт 1500 раз в секунду. Они транслировались полунаправленно, освещая всю территорию перед текущим направлением антенны передатчика. Поскольку по вертикали сигнал был еще менее направлен, чем по горизонтали, значительная часть сигнала падала на землю. Из-за используемых длинных волн этот сигнал сильно отражался вперед, а из геометрических соображений любой сигнал, попадающий на землю вблизи станции, отражался под достаточным вертикальным углом, чтобы смешиваться с основным сигналом в интересующей области (около 30°). км вокруг станции). Для этого и был предназначен мат GL, который не устранил отражения, но сделал их гораздо более предсказуемыми.

Отдельные приемники дальности и пеленга могли работать в нескольких диапазонах частот. Оба приемника использовали общий генератор, который подавался в четырехламповую радиочастотную ( РЧ) секцию. Частота генератора могла переключаться между двумя широкими диапазонами: диапазоном НЧ от 54,5 до 66,7 МГц и диапазоном ВЧ от 66,7 до 84,0 МГц. Затем приемники были точно настроены с использованием обычных вращающихся железных сердечников, которые были механически соединены для настройки обоих приемников с одного регулятора. Чтобы исправить небольшие различия в двух приемниках, выходную мощность одного из сердечников можно было регулировать, перемещая медное кольцо вдоль стойки сердечника. Чтобы гарантировать, что сигнал не будет отражаться от одного из РЧ-каскадов, приемник диапазона добавил буферную схему в конце РЧ-каскада.

Дисплеи и интерпретация

Это изображение с AI Mk. IV радар по своей концепции аналогичен GL Mk. II, хотя на нем отображаются пятна по обе стороны от центральной линии, а не два пика с одной стороны. Всплески видны примерно посередине базовой линии. Большие треугольники вверху и справа вызваны отражениями от земли и отсутствуют в системах GL.

Сигнал дальности принимался одним полуволновым диполем, установленным в середине горизонтальной антенной решетки, подавался в четырехламповый радиочастотный приемник, а затем в четырехламповую систему промежуточной частоты (ПЧ). Выходной сигнал подавался непосредственно на нижнюю пластину оси Y одного из двух ЭЛТ. На верхнюю пластину по оси Y подавался выходной сигнал калибратора, что позволяло отрегулировать ее так, чтобы луч был центрирован по вертикали. Таким образом, сигналы, принимаемые от антенны, заставят луч отклоняться вниз, создавая вспышку, как в случае с Chain Home.

Ось X системы питалась от генератора временной развертки, который перемещал луч слева направо по экрану. Обычно временная развертка запускается, чтобы начать развертку, как только будет виден сигнал от передатчика, но, как отмечалось выше, это не обеспечит точности, необходимой для этой роли. Вместо этого временная база была настроена так, чтобы охватывать экран с гораздо большей скоростью, что составляет лишь часть общего времени прохождения сигнала. Запуск временной развертки осуществлялся с помощью очень точного маслонаполненного потенциометра, который экспоненциально увеличивал заряд в батарее конденсаторов до тех пор, пока он не достиг порогового значения. Для обеспечения точности напряжений, выходящих из системы потенциометра, требовалась очень сложная система заземления, поскольку любые паразитные напряжения могли перегрузить сигнал.

Чтобы выполнить измерение дальности, оператор поворачивал шкалу потенциометра, пытаясь совместить передний край целевой отметки с вертикальной линией на ЭЛТ. Диапазон считывался не по ЭЛТ, а по циферблату. На циферблате также был расположен магнитный лист, или сельсин , как он более известен сегодня. Выходные данные магнитного сдвига использовались для непосредственного включения элементов управления предсказателем, позволяя радару постоянно обновлять измерения дальности.

Измерения пеленга были получены на отдельном приемнике и антенной системе. В данном случае использовались два полуволновых диполя, расположенные на расстоянии примерно одной длины волны друг от друга по горизонтали на каркасе антенны. Обе антенны перед входом в приемники были соединены между собой электрически, при этом выходы одной из них были инвертированы. Это означало, что выходной сигнал упадет до нуля, когда антенны будут точно совмещены с целью. Любое несовпадение слегка изменяло относительную фазу сигналов, создавая чистый сигнал, который поступал в приемник и отображал изображение. Однако было невозможно узнать, какая из двух антенн выдает чистый выходной сигнал; система указывала, когда антенна была на цели, но не сообщала, в какую сторону повернуть, когда она была вне цели.

Приемник пеленга в остальном был идентичен версии диапазона и подавался в ЭЛТ таким же образом. Использовался более медленный генератор временной развертки, запускаемый тем же сигналом, что и первый, но настроенный на гораздо более медленное сканирование. В этом случае временная развертка не использовалась для измерения дальности, и горизонтальное расположение отметки не имело значения. Вместо этого временная развертка использовалась просто для того, чтобы гарантировать, что оператор пеленга смотрит на ту же цель, что и оператор дальности — интересующий сигнал будет где-то близко к центру.

Затем оператор пеленга поворачивал всю приемную стойку с помощью набора шестерен, соединенных с педалями велосипеда, в поисках точки, когда сигнал исчезал, что указывало на то, что цель теперь идеально выровнена между двумя антеннами. Эта система поиска нуля часто использовалась, поскольку она более четко указывает местоположение; максимальные сигналы имеют тенденцию быть разбросанными. Если цель не была выровнена, наличие сигнала не могло указать, в каком направлении повернуть. Чтобы решить эту проблему, система электрического переключения на антенных фидерах позволяла соединять их вместе на разных фазах, и, изучая, как меняется вспышка при повороте переключателя, оператор мог определить, какая антенна находится ближе к цели. известный как брекетинг . Система фазирования была представлена ​​компанией EC Slow и стала известна как Slowcock .

ГЛ/ЭФ

В целом системы, оснащенные GL/EF, были аналогичны системам Mk. Я добавил еще один набор антенн, расположенных вертикально вдоль лестницы, выступающей из верхней части кабины приемника. Исходная антенна диапазона была установлена ​​внизу лестницы, а вдоль нее на равном расстоянии были расположены две новые антенны. Антенны были разнесены примерно на половину длины волны, поэтому сигналы конструктивно мешали одной паре и разрушительно — другой. Радиогониометр использовался для изменения относительной чувствительности верхней пары антенн, а выходы радиогониометра и дальномерной антенны направлялись на отдельные предварительные усилители.

Для завершения системы был добавлен электронный переключатель, синхронизированный с сигналом национальной сети частотой 50 Гц . Сигнал использовался для переключения входа приемников с дальней антенны на выход двух других антенн, микшированный через радиогониометр. Тот же сигнал также немного корректировал смещение ЭЛТ по оси Y, так что альтернативные кривые появлялись выше или ниже центра новой ЭЛТ, предназначенной для измерения высоты. В результате верхняя трасса, как и раньше, содержала исходный сигнал дальности, а нижняя трасса содержала выходные данные радиогониометра; глядя на нижнюю кривую под отметкой дальности, оператор мог поворачивать радиогониометр до тех пор, пока сигнал не достигнет нуля, показывая угол. Оператор периодически корректировал настройку по мере того, как нижняя точка снова появлялась во время движения цели.

По мере разработки системы было введено дальнейшее усовершенствование, которое позволяло осуществлять непрерывное отслеживание, а не периодическую перенастройку. Система переключения была доработана таким образом, что дальность выдавалась на верхнюю линию за 2,5 миллисекунды (мс), а сигналы дальности и радиогониометра — за 7,5 мс. Если бы сигнал был правильно обнулен, два верхних сигнала смешались бы и произвели бы одно яркое пятно на верхней трассе, в то время как нижняя трасса была бы обнулена, как и раньше. Если бы сигнал не был обнулен, то слабый второй всплеск размазывал бы верхнюю кривую, что было бы заметно еще до того, как всплеск на нижней трассе стал бы видимым.

При тестировании было обнаружено, что слабый сигнал только для дальнего диапазона становился трудноразличимым, когда сигнал был шумным и прыгал. Последнее изменение добавило небольшую фиксированную задержку к сигналу только по дальности, в результате чего его кривая сместилась вправо. Теперь на дисплее высоты появились три отчетливых отметки: отметка дальности справа, а два сигнала высоты выровнялись вертикально слева.

Общая проблема антенных систем такого типа заключается в том, что невозможно узнать, принимается ли сигнал передней или задней частью антенны, которые одинаково чувствительны. Чтобы решить эту проблему, как только был виден ноль, оператор пеленга включал сенсорный переключатель, который подключал вторую антенну, расположенную немного позади основной. Смешанные результаты этих двух ясно указывали, на какой стороне лежала цель: спереди или сзади. Однако это привело к проблемам в системах фазирования, которые так и не были полностью устранены.

Мк. II

Кабина передатчика Mk. II радар. Отдельные антенны можно просто различить. Эта версия, по-видимому, объединяет широкоугольные и узкоугольные антенны в одном устройстве.

Мк. II была очень похожа на Mk. Я* с GL/EL, хотя ряд уточнений улучшил дальность и точность. В их число входили более мощный передатчик, обновленные приемники и уменьшение ширины импульса для обеспечения более точных измерений.

Более существенным отличием был метод, используемый для создания разделенных следов на дисплеях. В отличие от электронной системы, используемой на GL/EL, Mk. II использовал механическую и моторизованную систему, которую Бедфорд считал менее продвинутой. Основная идея заключается в использовании двух антенн, направленных в несколько разных направлениях и диаграммы приема которых перекрываются посередине. Сравнивая уровень сигнала между двумя антеннами, оператор мог определить, находится ли цель в большей степени по центру одной из антенн, и вращать их до тех пор, пока оба сигнала не станут одинаковой силы. Эта система широко использовалась в радарах RAF AI и ASV еще тогда, когда Mk. Разрабатывались, но на вооружение их не приняли, чтобы получить Мк. Я на службу. Мк. II, по сути, был попыткой адаптировать эти дисплеи к набору GL.

В отличие от дисплея GL/EL, Mk. II использовал один приемник для каждой пары антенн. Переключатель быстро попеременно подавал в приемник то один, то другой сигнал. Он также отправил один из сигналов через короткую линию задержки. Однако это не сдвинуло базовую линию оси Y. В результате появилась единственная трасса в центре дисплея с двумя слегка разделенными точками, по одной от каждой антенны. Сравнивая относительные длины двух точек, оператор мог определить, какая антенна была более точно совмещена с целью, и продолжать вращать ее до тех пор, пока точки не станут одинаковой длины.

Бортовые системы Королевских ВВС переместили антенны, переместив весь самолет. В случае с GL несущий угол уже был подвижным за счет использования вращающейся кабины. Одним из решений изменения угла места могло бы быть вертикальное наклонение вехи, но по причинам, не указанным в ссылках, это решение не было использовано. Вместо этого верхнюю антенну вертикальной пары можно было перемещать вверх и вниз по лестничному удлинителю.

Еще одна проблема, рассмотренная в Mk. II был одним из сигналов, который был настолько широким, что на дисплее появлялось несколько самолетов. Эту проблему удалось решить просто добавлением второй передающей антенной системы. У одного был довольно узкий горизонтальный разброс антенны, из-за чего передача была аналогична передаче Mk. У меня 20 градусов. У другого была гораздо более широкая антенная решетка, что сужало диаграмму направленности и значительно облегчало обнаружение отдельных целей. Широкоугольная антенна использовалась во время первоначального поиска, и как только цель была выбрана, переключался переключатель, чтобы перевести передачу на узкий луч. Существуют изображения, на которых показаны обе антенны, совмещенные в одной кабине.

Мк. II также добавил простое, но эффективное калибровочное устройство — вал, соединенный с регулятором высоты, выходящим за пределы кабины. Для калибровки ручку возвышения нужно было повернуть на ноль, а к валу подсоединить телескоп так, чтобы он указывал на горизонт. Затем воздушный шар будет подниматься и отслеживаться радаром, а поправки считываться через телескоп.

Ссылки

Цитаты

Технические характеристики GL Mk. II взято из Бернса, 2000, с. 344 и Добинсон, 2001, с. 289.

Библиография

• Книга антенн ARRL . Американская лига радиорелейной связи. 1984. ISBN  9780872594142 .
• Остин, Брайан (2001). Шёнланд: учёный и солдат . ЦРК Пресс. ISBN  9781420033571 .
• Бедфорд, Лесли (июль 1946 г.). «Разработка приемников радиолокационных наводок типа GL Mk.I, GL Mk.I* и GL/EF». Журнал Института инженеров-электриков . 93 (6): 1115–1122. дои : 10.1049/ji-3a-1.1946.0199 .
• Беннетт, Стюарт (1993). История техники управления, 1930–1955 . ИЭПП. ISBN  9780863412998 .
• Браун, Луи (1999). Технические и военные императивы: радиолокационная история Второй мировой войны . ЦРК Пресс. ISBN  9781420050660 .
• Бернс, Рассел (2000). Жизнь и времена А. Д. Блюмлейна . ИЭПП. ISBN  9780852967737 .
• Добинсон, Колин (2001). Командование АА: Британская противовоздушная оборона во Второй мировой войне . Метуэн. ISBN  9780413765406 .
• Ловелл, Бернард (1991). Эхо войны: история радара H2S . ЦРК Пресс. ISBN  9780852743171 .
• Сэйер, AP (1950). Армейский радар – Историческая монография . Военное ведомство. ОСЛК   39083472 .
• «Производители научных приборов чествуют пионера радаров» . Инженер по радио и электронике . 51 (1): 10–11. Январь 1981 г. doi : 10.1049/ree.1981.0002 .
• Уилкокс, Дэвид (2014). Армейский радар . Ревей Пресс. ISBN  9781908336842 .

Внешние ссылки

• GL Radar Mark II времен Второй мировой войны. Архивировано 12 ноября 2014 г. в Wayback Machine. Описывается GL Mk. II, установленная в форте Гилкикер на южном побережье Великобритании. На нескольких страницах сайта подробно описано расположение радара, коврика GL и связанных с ним орудий.