Джи-Х (навигация)

Gee-H , иногда обозначаемая GH или GEE-H , — радионавигационная система, разработанная Великобританией во время Второй мировой войны для помощи бомбардировочному командованию британских ВВС . Название относится к использованию в системе более раннего оборудования Ge , а также к использованию «принципа H» или «принципа двойного диапазона» определения местоположения. Его официальное название было AMES Type 100 .

Gee-H использовался для замены системы бомбардировки Гобой , которая работала по аналогичному принципу. Измеряя и сохраняя фиксированное расстояние до радиостанции, бомбардировщик мог перемещаться по дуге в небе. Бомбы были сброшены, когда они достигли заданного расстояния от второй станции. Основное различие между Гобоем и Джи-Х заключалось в расположении оборудования; Гобой использовал большие дисплеи на наземных станциях для проведения очень точных измерений, но мог управлять только одним самолетом одновременно. Gee-H использовала на самолетах системы гораздо меньшего размера и, хотя и была несколько менее точной, могла управлять до восьмидесяти самолетов одновременно.

Gee-H поступил на вооружение в октябре 1943 года и впервые успешно применился в ноябре против сталелитейного завода Маннесманн в Дюссельдорфе в ночь на 1/2 ноября, когда около половины комплектов вышли из строя, и только 15 самолетов разбомбили завод. Gee-H использовался на протяжении всей войны, хотя и подвергался значительным помехам со стороны немцев. Он также оставался стандартным приспособлением послевоенных самолетов Королевских ВВС, таких как English Electric Canberra . Gee-H был адаптирован RCA в американскую систему SHORAN военного времени с повышенной точностью. Та же основная концепция широко используется и сегодня, что и гражданская система DME .

История развития

Навигация для измерения расстояния

Для определения вашего местоположения в 2D-пространстве требуется два измерения угла или расстояния: два измерения угла, два измерения расстояния или один угол и одно расстояние. Ранняя радионавигация обычно основывалась на измерении двух углов с помощью радиопеленгаторов , но они имели точность лишь до нескольких градусов и обеспечивали точность лишь порядка десятков миль. Разработке систем измерения дальности пришлось подождать, пока не станет возможным изобретение точного измерения времени радиосигналов, что произошло в результате развития радаров .

Люфтваффе в 1941 году . впервые применило радионавигационные системы измерения расстояния в своей системе Y-Gerät Y-Gerät использовал луч типа Кникебейна для управления бомбардировщиком в правильном направлении и бортовой транспондер для измерения расстояния. 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 передачей и приемом и определил дальность действия аналогично обычным радиолокационным системам. Затем он голосово передал эту информацию бомбардировщику, сказав им, когда сбросить бомбы.

Недостаток лучевой системы навигации заключается в том, что лучи не могут быть идеально сфокусированы и на практике имеют веерообразную форму, расширяясь по мере удаления от радиовещательной станции, а точность падает с увеличением дальности. Измерения расстояния зависят только от точности оборудования и не зависят от дальности. Это означает, что их точность составляет фиксированный процент от измерения и поэтому линейна в зависимости от диапазона. местоположения можно использовать два измерения Для определения , но такие системы, как правило, сложны в использовании, поскольку они требуют выполнения двух измерений дальности в быстрой последовательности во время движения самолета.

Гобой

Министерство авиации разработало систему измерения расстояний, известную как Гобой , которая впервые начала поступать в войска Следопытов в конце 1941 года и использовалась экспериментально в 1942 году. Гобой избежал проблем с двумя измерениями расстояний, используя только одно за раз. Перед полетом было измерено расстояние от одной из станций «Гобой» до цели и начерчена дуга этого радиуса на обычной навигационной карте. Например, для атаки на цель в Дюссельдорфе расстояние между станцией Гобой возле Вальмера и целью составит около 235 миль (378 км); Вокруг станции будет нарисована дуга радиусом 235 миль (378 км), проходящая через Дюссельдорф. Теперь будет рассчитана «дальность» сбрасываемых бомб — расстояние между точкой сброса бомб и точкой, в которую они попали. Для миссий на высоте около 20 000 футов (6 100 м) дальность полета обычно составляет порядка 1,5 миль (2,4 км) для высокоскоростного самолета, такого как de Havilland Mosquito . Планировщики рассчитывали место по дуге, куда нужно будет сбросить бомбы, чтобы поразить цель. Этот расчет, выполняемый на земле, может занять столько времени, сколько потребуется, учитывая ветер, атмосферное давление и даже небольшую центробежную силу, создаваемую самолетом, следующим по кривой радиусом 235 миль (378 км).

Во время вылета экипаж бомбардировщика должен был долететь до одного конца дуги, используя любые средства навигации, включая счисление пути . Когда они были рядом с местом, транспондер включался, и станция гобоя измеряла расстояние до них. Эта «кошачья» станция затем будет посылать тональный радиосигнал, состоящий из точек или тире, позволяя пилоту отрегулировать траекторию так, чтобы она находилась на правильном расстоянии, где передача будет устойчивым тоном, «эквисигналом». Операторы будут следить за положением самолета, при необходимости посылая корректирующие сигналы, чтобы пилот мог корректировать траекторию по дуге.

Вторая станция также будет измерять расстояние до бомбардировщика. Эта станция была оснащена рассчитанным ранее значением дальности действия бомбы и использовала его для расчета расстояния между своей станцией и бомбардировщиком в точке, где должны были быть сброшены бомбы. Когда эта мышиная станция увидела, что бомбардировщик приближается к точке высадки, она отправила сигналы азбуки Морзе, чтобы сообщить пилоту о приближении точки высадки. В нужный момент он пошлет еще один сигнал Морзе, который автоматически сбросит бомбы.

Основным ограничением гобоя было то, что его мог использовать только один самолет одновременно. Поскольку бомбардировщику потребовалось около десяти минут, чтобы добраться до дуги, эта задержка означала, что систему нельзя было использовать для крупного налета с последовательными самолетами. Гобой использовался для наведения самолетов- маркеров целей следопытов, давая бомбардировщикам Главных сил точную точку прицеливания в любую погоду. Гобой иногда использовался для атак по точным целям одним или небольшим количеством самолетов, сбрасывавшихся один за другим. В ходе испытаний «Гобой» продемонстрировал большую точность, чем у оптических бомбовых прицелов днем ​​и в хорошую погоду.

Новый подход

Гобой был ограничен одним самолетом, потому что бортовой транспондер отправлял импульсы каждый раз, когда наземные станции запрашивали их. Если бы более одного самолета включили свой транспондер, наземные станции начали бы получать несколько обратных импульсов для каждого запроса, без возможности различить их. Одним из решений этой проблемы является заставить каждую станцию ​​гобоя посылать немного отличающийся сигнал, обычно путем изменения огибающей сигнала, который она передает на самолет. Подобные станции с разными модификациями сигнала могут быть расположены по всей Великобритании, так что все они будут видны с самолета над Германией. Летательный аппарат, включивший свой транспондер, будет принимать и ретранслировать сигналы от всех из них. Хотя все наземные станции будут принимать все сигналы, они могут выбрать свой собственный, найдя свой уникальный сигнал. Это изменение позволяет одновременно работать многим станциям гобоя, хотя это не помогает ситуации, если более одного самолета включает свой транспондер. Замена передатчики и приемники , так что приемник находится на самолете, а передатчик на земле означает, что каждый самолет генерирует различную схему сигнала, и операторы на самолете 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 самолеты не запрашивают слишком часто, вероятность того, что более одного самолета одновременно отправят запрос на станцию, мала. Это основная концепция Gee-H.

Ну и дела-Х

Руководитель G–H Авро Ланкастер B Mark III из 467-й эскадрильи RAAF во время взлета в RAF Waddington , август 1944 года.

Первой радионавигационной системой, которая использовалась бомбардировочным командованием, была Gee . Это работало путем отправки двух импульсов известного времени с наземных станций, которые были приняты самолетом и считаны на осциллографе. Время между передачами не было фиксированным и менялось от станции к станции, поэтому оборудование бомбардировщика имело систему, позволяющую подстраиваться под это. В приемнике был гетеродин, который обеспечивал генератор временной развертки настраиваемый . Когда приемник был впервые включен, импульсы от наземной станции перемещались по дисплею, поскольку две временные развертки не были синхронизированы. Затем оператор настраивал свой генератор до тех пор, пока импульсы не перестали двигаться, а это означало, что гетеродин теперь имел точно ту же частоту импульсов, что и на наземной станции. Приемник имел две системы такого типа, позволяющие оператору принимать сигналы от двух станций, легко сравнивать их и производить одновременные измерения.

Для быстрого внедрения новой конструкции было решено использовать как можно больше оборудования Ge. Джи уже включил в себя дисплей осциллографа и блок приемника, так что все, что было нужно, — это блок радиовещания, который запускал бы приемопередатчик наземной станции. Он был разработан для работы на тех же частотах, что и Gee, чтобы можно было использовать существующее приемное и отображающее оборудование бомбардировщиков. Новый передатчик посылал импульсы примерно 100 раз в секунду. Частота импульсов была немного увеличена или замедлена от 100 в секунду. Это означало, что у каждого самолета было немного разное время. Тот же сигнал был также отправлен на блок дисплея Gee, чтобы запустить луч дисплея, перемещающийся по лицевой стороне дисплея, вместо использования генератора Gee, настроенного вручную. Таким образом, принимаемые сигналы, которые не имели одинакового времени между импульсами, могли бы двигаться в ту или иную сторону, как неправильно настроенное «Джи». Только сигналы, исходящие от собственного передатчика самолета, выстраивались на дисплее и оставались неподвижными. Эта преднамеренная корректировка времени была известна как «дрожание».

Задержка из оригинального Ge все еще использовалась; навигатор сначала устанавливал задержку верхней трассы на дисплее Gee на известную цифру, соответствующую радиусу дуги, по которой они хотели лететь. Это переместит «метку» местного передатчика по лицевой стороне дисплея. Полученные сигналы затем инвертировались и отправлялись на дисплей. Затем навигатор мог направить пилота на правильный путь, давая указания до тех пор, пока верхняя и нижняя отметки не совпадут. То же самое сделали и со вторым каналом, установив для него расчетную дальность сброса бомб. Поскольку они оставались на одинаковом расстоянии от одной станции, оператору приходилось лишь периодически проверять это, наблюдая за постоянно движущейся нижней трассой, пока активная точка медленно перемещалась по дисплею к вспышке таймера, пока они не пересеклись и бомбы не были сброшены.

Время, необходимое трансиверу для получения импульса, отправки ответа и возврата в состояние приема, составляло около 100 микросекунд. При частоте импульсов около 100 в секунду приемопередатчик будет занят в течение 10 мс каждую секунду, отвечая на сигналы от любого самолета. Это оставит 990 мс свободными для ответа другим самолетам, что дает теоретическую пропускную способность в 100 самолетов. На практике из-за «дрожания» станцией одновременно могли пользоваться от 70 до 80 самолетов.

У системы было дополнительное преимущество: каждый самолет сам выбирал время, что затрудняло создание 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 чтение сигнала оператором. Британцы с большим успехом использовали эту технику против Ю-Герата, а немцы ответили тем же Джи. К концу войны «Джи» был вообще бесполезен для бомбардировок и использовался в основном в качестве навигационного средства при возвращении в Англию.

В случае с Gee-H у каждого самолета было уникальное время; чтобы заглушить приемник, глушитель также должен иметь аналогичную синхронизацию. Поскольку один сигнал может использоваться десятками самолетов, потребуются десятки глушителей, настроенных на несколько разное время. Поскольку там были также десятки приемопередатчиков и множество неиспользованных ложных сигналов, масштабы проблемы помех были значительно хуже. Поскольку система Gee-H использовала оборудование Ge, отключение передатчика запроса превратило ее обратно в обычный блок Ge. В типичной миссии набор будет использоваться для Джи, когда он покидает Англию и выстраивается в поток бомбардировщиков , для Джи-Х во время миссии и обратно в Джи на обратном рейсе для поиска своей авиабазы. Поскольку Ge можно было прочитать непосредственно на карте, это было чрезвычайно полезно для общей навигации, в то время как Gee-H практически использовался только для навигации к одному месту.

Основная ошибка Gee-H была вызвана использованием оборудования Ge; использование более высокой частоты позволило бы получить более узкую огибающую, что позволило бы проводить более точные измерения времени и, таким образом, повысить точность. Поскольку для измерений система использовала небольшой осциллограф Джи, она не имела такой же визуальной точности, как Гобой, который использовал 12-дюймовые осциллографы, разработанные специально для этой цели. Gee-H достиг точности около 150 ярдов (140 м) на расстоянии 300 миль (480 км), а гобой - примерно до 50 ярдов (46 м). Как и все системы на базе ОВЧ и УВЧ, Gee-H была ограничена расстояниями вне прямой видимости , в данном случае — примерно 300 миль (480 км).

Gee-H использовался в операции «Мерцание» , отвлекающей «атаке» во время операции «Оверлорд» , которая отвлекла немецкую оборону в Кале, в то время как реальный флот вторжения находился в 200 милях (320 км) от Нормандии. оснащенные Gee-H, Бомбардировщики 218-й эскадрильи, летали низко, узкими кругами, сбрасывая «Окно » (солому) на небольшие корабли, оснащенные радиолокационными транспондерами, чтобы обмануть немецкие радары, что они были основным флотом вторжения.

Обозначения Министерства авиации

• Джи-Х Мк. I - Бортовая радиоустановка (ВРИ) 5525
• Джи-Х Мк. II - АРИ 5597
• Джи-Х Мк. II (тропический) - ARI 5696

См. также

• Битва лучей
• луч Лоренца
• Гобой (навигация)
• Список оборудования радиоэлектронной борьбы времен Второй мировой войны

Ссылки

Библиография

• Браун, Луи (1999). Радиолокационная история Второй мировой войны: технические и военные императивы . Бристоль: Институт физики. ISBN  978-0-7503-0659-1 .
• Хей, доктор юридических наук (1960). «Ну и дела-Эймс 100» . Учебник по радиосвязи: Радиолокационные методы . Том. VII (онлайн-сканирование под ред.). OCLC   504108531 .
• Прок, Джерри (24 октября 2012 г.). «Система GEE» . Проверено 17 января 2022 г. Адаптировано из Бланшар, WF (сентябрь 1991 г.). «Аэронавигационные системы. Глава 4. Гиперболические бортовые радионавигационные средства - взгляд штурмана на их историю и развитие». Журнал навигации . 44 (3). Лондон: Королевский институт навигации: 285–315. дои : 10.1017/S0373463300010092 . ISSN   0373-4633 . S2CID   130079994 .
• Тернер, Л.; Робертс, А. Радарные маяки . Серия «Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института». Том. III (онлайн-сканирование под ред.). Лексингтон, Массачусетс: Бостонское техническое издательство. OCLC   123180755 .
• Виссер, Хубрегт (2006). Основы антенных решеток и фазированных решеток . Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-470-87118-8 .