RX12874

Высокоскоростная антенна искала сигналы под широким углом.

RX12874 , также известная как Система пассивного обнаружения ( PDS ) и по прозвищу « Винкль », представляла собой систему радар-детектора, использовавшуюся как часть ВВС Королевских сети Linesman/Mediator радиолокационной до начала 1980-х годов. Winkle вышел из строя вместе с остальной частью системы Linesman, поскольку ее заменила сеть IUKADGE .

Winkle был разработан в конце 1950-х годов для противодействия карцинотрону , глушителю радаров, настолько эффективному, что первоначально считалось, что он сделает бесполезными все радары дальнего действия. Уинкль использовал сеть станций для прослушивания передач карцинотрона и объединил полученную от них информацию, чтобы отслеживать самолет-постановщик помех так эффективно, как это мог бы сделать радар.

Система была основана на серии установок High Speed ​​Aerial ( HSA ) и радарах AMES Type 85 («Blue Yeoman»). Оба использовались в качестве приемников; Тип 85 использовался в основном для измерения времени прибытия сигнала, в то время как HSA быстро сканировал горизонтально, чтобы определить пеленг. Информация от HSA и Type 85 была объединена в корреляторе , который использовал триангуляцию и информацию о времени полета для определения местоположения самолета с глушителями.

После того, как местоположение было определено, оно вручную вводилось на дисплеи диспетчера перехвата, как если бы это был обычный сигнал радара, отличающийся только маленьким кружочком вместо одной точки. Операторы могли уменьшить чувствительность приемника Типа 85, пока радар проходил мимо этого места, чтобы помехи не закрывали дисплей под ближними углами. В сочетании с сигналами идентификации «свой-чужой» (IFF) это позволило сигналу истребителя оставаться видимым, и перехват мог продолжаться в обычном режиме.

История

Карсинотрон

На этом изображении показано воздействие четырех самолетов с карцинотронами на типичный радар раннего предупреждения 1950-х годов. Самолеты расположены в положениях « 4 часа » и «6 часов», которые наполнены шумом.

В 1950 году инженеры французской компании CSF (ныне часть Thales Group ) представили карцинотрон — микроволновое , вырабатывающую вакуумную лампу излучение , которую можно было настраивать в широком диапазоне частот путем изменения одного входного напряжения. Постоянно просматривая частоты известных радаров , он будет подавлять собственные отражения радара и ослеплять их. Его чрезвычайно широкая полоса пропускания означала, что один карцинотрон можно было использовать для отправки сигналов помех против любого радара, который он мог встретить, а быстрая настройка означала, что он мог делать это против нескольких радаров одновременно или проверять все потенциальные частоты для получения заградительные помехи .

Карсинотрон был публично представлен в ноябре 1953 года. Управление сигналов и радиолокации Адмиралтейства приобрело его и установило на Хэндли Пейдж Гастингс по имени Кэтрин , протестировав его с новейшим радаром AMES Type 80 в конце того же года. Как они и опасались, это сделало изображение радара совершенно нечитаемым, наполненным шумом, скрывающим любые реальные цели. Полезное подавление достигалось даже тогда, когда самолет находился под радиолокационным горизонтом , и в этом случае другим самолетам приходилось находиться на расстоянии 20 миль (32 км) в стороны, прежде чем они были видны за пределами сигнала помех. Система была настолько эффективной, что, казалось, делала радар дальнего действия бесполезным.

РОТОР

Тип 80 был ключевой частью системы ROTOR , комплексной радиолокационной и контрольной сети, охватывающей все Британские острова . Испытания Кэтрин показали, что система станет бессильной еще до того, как будет полностью установлена. Королевское авиационное учреждение (RAE) немедленно приступило к разработке собственных карцинотронов для сил V Bomber под названием Indigo Bracket , одновременно изучая решения проблемы помех для радаров Королевских ВВС.

Первое соображение заключалось в том, что карцинотрон давал относительно слабый сигнал, порядка 5 кВт. При использовании в режиме заграждения эта мощность уменьшалась примерно до 5–10 Вт на МГц полосы пропускания. Из-за уравнения радара на большом расстоянии это все равно было намного сильнее, чем отражение сигнала мощностью в несколько мегаватт от самого радара. Когда самолет-постановщик приблизился к станции, был какой-то момент, когда радар начал подавлять постановщик помех, точка «самоэкранирования» или «прогорания». Очень мощный передатчик увеличил бы дальность действия, где это произошло. Дальнейшего улучшения можно добиться, если четко сфокусировать луч, чтобы передать как можно больше мощности отраженному сигналу.

Королевское радиолокационное учреждение (Metrowick) начало разработку такой системы (RRE) вместе с Metropolitan-Vickers под названием « Blue Riband ». Предполагалось, что глушилка может выдавать целых 10 Вт на МГц во всем S-диапазоне . Благодаря использованию двенадцати клистронных передатчиков мощностью 4,5 МВт, транслирующих через огромную антенную систему размером 75 на 50 футов (23 на 15 м), Blue Riband производил 11,4 Вт на МГц отраженного сигнала на расстоянии 200 миль (320 км), тем самым преодолевая предполагаемую угрозу. . Чтобы заставить глушитель распространять свой сигнал по широкой полосе частот, радар случайным образом менял частоты с каждым импульсом в полосе пропускания 500 МГц.

Изменение стратегии

В течение этого периода продолжались дебаты о полезности противовоздушной обороны. Появление водородной бомбы означало, что один самолет мог уничтожить любую цель, а более высокие скорости и высоты бомбардировщиков означали, что бомбы можно было сбрасывать с большего расстояния. К 1954 году начальник штаба авиации пришел к выводу, что непосредственная оборона бесполезна. и начал планировать вывод зенитной артиллерии из обороны. К декабрю планировщики считали, что единственная практическая роль противовоздушной обороны — это защита V-группы во время ее запуска. В соответствии с этой ролью в течение следующих нескольких лет количество радиолокационных станций и истребителей продолжало сокращаться по мере сужения охраняемой территории вокруг Мидлендса.

Белая книга Министерства обороны 1957 года сместила приоритеты с пилотируемых бомбардировщиков на ракеты. Единственным способом защиты от ракетной атаки было сдерживание, поэтому было абсолютно необходимо, чтобы силы V выжили. Это означало, что любая атака, будь то авиационная или ракетная, потребует немедленного запуска V-силы; защита от перехватчиков не могла гарантировать их выживание даже в случае бомбардировочной атаки и вообще ничего не могла сделать в случае ракет. К концу 1957 года от идеи какой-либо защиты сил сдерживания отказались; атака бомбардировщика просто подразумевала, что за ним следовали ракеты. Теперь бомбардировщики отправлялись в плацдармы после получения любой реальной угрозы. Необходимость в дальней связи «Голубой ленты» отпала.

Появилась одна новая роль. Поскольку атака, скорее всего, будет осуществлена ​​с помощью ракет, Советы могут попытаться заглушить радары системы раннего предупреждения о баллистических ракетах (BMEWS), направив самолет далеко от берега и используя карцинотрон против относительно узкого диапазона BMEWS. Таким же образом они могли бы замаскировать атаку бомбардировщиков на базы V-force, подавив радары РОТОРА. Такие помехи потребуют запуска V-force, пока не будет определен характер угрозы, а повторная подмена такого рода может быстро измотать самолеты и их экипажи. Ценной была признана система обнаружения такой атаки и противодействия ей.

Эта роль не потребовала бы массивной Blue Riband и привела к концепции «Blue Yeoman», сочетающей в себе электронику Blue Riband с меньшей антенной размером 45 на 21,5 футов (13,7 на 6,6 м), первоначально разработанной как модернизация радара Yeoman. Orange . Компания Associated Electrical Industries приступила к производству этой системы под названием AMES Type 85 . Поскольку они по-прежнему имели большую дальность действия, для покрытия большей части Великобритании потребовалось всего девять. Со временем эти планы неоднократно сокращались, в результате чего была создана система, известная как Linesman, с тремя станциями, охватывающими только южные части Англии, защищающими базы бомбардировочного командования и радар BMEWS.

Корреляционный радар

В 1947 году Королевскому авиастроительному заводу (RAE) было поручено разработать управляемые ракеты , взяв на себя ранее разнородную группу усилий. Несколько инженеров из RRDE были отправлены в RAE в аэропорту Фарнборо для помощи в разработке систем слежения и наведения. В группе был Джордж Кларк, который работал над системой наведения ракет LOPGAP, но больше интересовался разработкой передовых радаров.

В 1949 году Кларк изобрел новую систему идентификации «свой-чужой» (IFF), которая не должна была запускаться импульсом, посылаемым с земли. Вместо этого каждый бортовой IFF будет транслировать сигналы в случайное время. Это позволило избежать проблемы, наблюдаемой в районах с интенсивным движением транспорта, где импульс запроса от наземного приемопередатчика IFF генерировал так много ответов транспондера , что они перекрывались во времени и мешали друг другу. В системе Кларка транспондеры естественным образом отправляли ответы с разбросом во времени, что значительно снижало вероятность их перекрытия.

В традиционном IFF время между отправкой запросного импульса и его приемом позволяло определить дальность до транспондера. В системе Кларка получатель не знал, когда был отправлен сигнал, и больше не мог использовать этот метод. Вместо этого сигнал будет приниматься тремя антеннами, и с помощью устройства, известного как «коррелятор», более известного сегодня как согласованный фильтр , импульсы из одной передачи IFF можно было бы выбрать из множества возможных возвратов. Путем задержки сигналов до тех пор, пока они не выстроятся во времени, была получена разница во времени, которое потребовалось сигналу для достижения каждой из антенн. Разница между любыми двумя антеннами приводит к континууму возможных положений вдоль гиперболы . Путем проведения аналогичных измерений между всеми станциями AB, BC и CA строятся три такие гиперболы, которые теоретически пересекаются в одной точке, но чаще всего образуют небольшой треугольник из-за присущих им неточностей. Идея не была взята в разработку.

Позже в том же году Кларк предложил новую систему слежения и наведения ракет, основанную на той же базовой технологии. Из-за короткого времени полета система слежения за ракетами хотела обнаружить цель как можно быстрее, но, поскольку радары того времени вращались механически, скорость их сканирования была ограничена. Кларк предложил использовать один большой передатчик «прожектора» и три приемника, расположенные по углам базового треугольника длиной 15 миль (24 км). Сигнал, отражающийся от любого объекта в этом районе, будет преобразован в местоположение таким же образом, как и система IFF. Все цели в освещенном пространстве можно было обнаружить одновременно и непрерывно. Обзор концепции показал, что существует слишком много неизвестных факторов, чтобы начать серьезную разработку, и Кларка перевели в группу, работающую над мерами радиолокационного противодействия.

Винкль

На этом изображении показаны те же четыре самолета-постановщика помех, что и на изображении выше, но теперь они сопоставлены с помощью системы Винкля. Отдельные самолеты хорошо видны.

В 1951 году Кларк предложил еще одну систему, основанную на тех же принципах, на этот раз для отслеживания самолетов, несущих глушители. RAE рассмотрела эту концепцию и предложила три возможных способа ее использования; первая представляла собой концепцию трех станций, предложенную Кларком по ракете, вторая использовала угловые измерения с помощью двух широко расположенных антенн для простой триангуляции , третья использовала две антенны для поиска одной гиперболы с использованием метода Кларка и угловое измерение с одной из двух станций. пересекаться с ним.

Хотя решение с двумя углами может показаться самым простым, оно сталкивается с проблемой, когда в зоне имеется более одного глушителя. При наличии одного глушителя приемники одновременно принимают сигнал и измеряют его угол относительно своей станции. Когда эти углы наносятся на карту, они пересекаются в одном месте. Если в этом районе находятся два самолета-постановщика помех, обе станции произведут два измерения угла, по одному для каждого самолета. Когда они будут нанесены на общую карту, будет четыре перекрестка; два из них содержат самолеты, два других - «призраки». Третий самолет увеличивает это число до девяти очков, шести призраков и так далее. ВВС Великобритании хотели иметь систему, способную противостоять массовым рейдам, поэтому это решение не подходило.

Корреляторы избегают этой проблемы, поскольку они чрезвычайно чувствительны к деталям сигнальных импульсов до такой степени, что импульсы, полученные от двух разных самолетов, не будут создавать выходной сигнал. Только когда на коррелятор подаются сигналы от того же постановщика помех, будет возвращен результат, тем самым устраняя неоднозначность. Использование корреляционных систем в качестве единственной системы измерения могло бы работать, как первоначально предлагал Кларк, но для этого потребовались бы два или три коррелятора, которые были очень дорогими. Таким образом, концепция использования одного измерения угла и одной корреляции была выбрана как лучший компромисс.

Норман Бэйли из Исследовательского института телекоммуникаций написал статью на эту тему, которая продемонстрировала осуществимость этой концепции. В 1954 году Маркони заключил контракт с RAE на производство экспериментальной системы под кодовым названием «Винкль». Большая часть опытно-конструкторских работ проводилась в Исследовательском центре Маркони в Грейт-Баддоу .

Они разработали систему, в которой использовалась антенна с относительно широким углом приема, около 70 градусов по горизонтали, которая использовалась при измерении корреляции. Когда корреляция была обнаружена, электронная система сканирования быстро измеряла угол с точностью около одного градуса. Чтобы корреляция работала, сигнал от двух широко разнесенных антенн нужно было объединить в корреляторе. Это было достигнуто с помощью микроволновой ретрансляции между станциями. Экспериментальная версия была построена между Грейт-Баддоу и южной площадкой Королевского радиолокационного учреждения в Грейт-Малверне , на расстоянии около 100 миль (160 км) друг от друга.

Вторая система с прототипами приемников была построена в 1956 году между ВВС Великобритании Бард Хилл в Норфолке и ВВС Бемптон в Йоркшире . Первоначальные испытания были проведены с установкой помех, установленной на вышке между двумя станциями, и это было использовано для дальнейшей разработки системы коррелятора. В конце концов они перешли к испытаниям самолетов. В ходе одного испытания четыре самолета, все с глушителями, были правильно построены.

Когда в начале 1958 года Blue Riband была отменена и была выявлена ​​новая угроза помех BMEWS, интерес к этой концепции возобновился. Исследование конструкции системы в рамках нового развертывания радиолокационной станции, известной как Plan Ahead, которая позже стала называться Linesman, началось в конце 1958 года, после чего в августе 1959 года был подписан контракт на разработку.

Развертывание

Основная концепция требовала, чтобы на коррелятор подавался один и тот же сигнал от двух антенн. Это представляло проблему; коррелятору потребовалось короткое время для выполнения своей работы, превышающее идеальную скорость сканирования во время измерения угла. Эту проблему можно было бы решить с помощью отдельных корреляторов для каждого измеряемого угла, но стоимость была бы непомерно высокой. Была разработана новая система, в которой использовалось небольшое количество корреляторов и компьютер в качестве системы памяти, что позволяло обнаруживать потенциальные корреляции в течение периода сканирования. Корреляторы будут проводить измерения, сохранять результаты в компьютере, а затем будут доступны для измерения под другим углом.

Разработка прошла гладко, и производство началось в 1962 году, хотя разработка еще продолжалась. Первая высокоскоростная антенна была построена на заводе Маркони в Буши-Хилл и соединена с прототипом Blue Yeoman на RRE в Грейт-Малверне . Система была продемонстрирована делегации НАТО в мае 1964 года. Первую производственную площадку на авиабазе Нитисхед планировалось начать испытания в октябре 1965 года, а две следующие станции на авиабазе Стакстон-Уолд и Боулмер были завершены досрочно в начале 1966 года.

Первые базовые испытания с использованием этих трех станций начались в марте 1966 года. После значительных испытаний и некоторых незначительных исправлений площадка в Стакстон-Уолд прошла приемочные испытания в мае/июне 1968 года и была передана ВВС Великобритании в октябре. Боулмер и Дандональд последовали за ними в ноябре, а Нитисхед - в декабре.

Замена

Хотя разработка PDS шла довольно гладко, этого нельзя сказать о остальной части системы Linesman. Выпуск радаров Тип 85 неоднократно задерживался и начал работу только в 1968 году. Центральный пункт управления в районе Лондона не функционировал полностью до ноября 1973 года. К тому времени от любых планов по расширению Linesman отказались.

Центральный участок, известный как L1, не был закален. Когда в конце 1950-х годов проектировался Linesman, предполагалось, что любая война быстро перерастет в ядерную, и если взорвутся водородные бомбы, нет смысла пытаться предотвратить разрушение L1. Однако, когда в конце 1960-х годов СССР начал достигать стратегического паритета с НАТО, это мнение изменилось. Теперь идея обмена ядерными ударами в начале войны больше не вызывала доверия. Казалось, что длительная конвенциональная война будет предшествовать любой ядерной войне и никогда не станет ядерной.

В таких условиях Советы могли бы бомбить береговые радары или даже L1 обычным оружием, не опасаясь спровоцировать ядерную войну. Тогда они имели бы беспрепятственный доступ к воздушному пространству Великобритании. Поскольку система Linesman была разработана в первую очередь для раннего предупреждения и защиты от помех во время короткой тотальной ядерной войны, она не имела возможностей, необходимых для отражения последующих атак. Такое изменение восприятия угрозы означало, что система Linesman была чрезвычайно уязвима. Хуже того, карсинотрон может быть использован против микроволновой связи между станциями, что сделает систему бесполезной. Еще до того, как она достигла своей готовности к Фазе 1, было решено отказаться от дальнейших улучшений системы и использовать эти средства для разработки и приобретения ее замены как можно скорее.

Маркони уже разрабатывал новые радиолокационные системы с использованием уникальной конструкции приемника и отреагировал на эту потребность, представив серию радаров Marconi Martello с пассивной решеткой с электронным сканированием (PESA). По ряду причин они были гораздо менее подвержены помехам, чем радары, которые должны были сканировать механически, и в большинстве случаев это делало карцинотрон гораздо менее эффективным. Мартелло поступил на вооружение ВВС Великобритании как AMES Type 90 и Type 91 как часть общенациональной системы, известной как Improved UKADGE , заменив всю систему Linesman к 1984 году.

Описание

Высокоскоростная антенна (HSA) была разработана с возможностью частичной вертикальной фокусировки, что позволяет ей сканировать под большими углами места. Во время нормального приема ряд рупоров позволял принимать сигналы из любой точки передней части антенны по диаграмме направленности шириной около 70 градусов.

Такое отсутствие фокусировки было преднамеренным, поскольку это означало, что две антенны на базовой линии не должны были быть направлены на одну и ту же цель одновременно, что было бы возможно только в том случае, если приблизительное местоположение было уже известно. Вместо этого антенны просто должны были быть направлены в одну и ту же точку компаса , и если цель находилась где-то перед любой из них, их сигналы выстраивались бы в линию в корреляторе.

Поскольку антенна имела широкую зону приема и собственную систему сканирования, ей не обязательно было вращаться. В некоторых режимах для него можно было установить один из четырех фиксированных углов, предназначенных для покрытия обеих сторон базовой линии между HSA и связанным с ним Типом 85. С каждой стороны было две настройки: «ближний взгляд» и «дальний взгляд». В качестве альтернативы HSA может вращаться синхронно с антенной Типа 85, обычно выполняя полное сканирование на 360 градусов со скоростью 4 об/мин или, альтернативно, секторное сканирование с той же угловой скоростью 24 градуса в секунду. Это означало, что радар и PDS имели одинаковую «скорость передачи данных».

Во время обычных операций соответствующий Тип 85 постоянно сканировал. Когда Тип 85 просматривал глушитель, сигнал глушителя на короткое время достигал коррелятора. Пока HSA был направлен в одном и том же направлении, он посылал тот же сигнал коррелятору, и коррелятор выдавал «совпадение». Когда было обнаружено совпадение, HSA использовало свой сканер органных труб для быстрого горизонтального сканирования. Узкий луч Типа 85 окрашивал любую цель всего за примерно 1/50 секунды , и за это время HSA просканировал все 70 -градусное пространство перед собой. Отсюда и произошло название «высокая скорость».

Во время сканирования сигнал глушителя по-прежнему будет виден для Типа 85, а также появится в двух или трех рупорах HSA. Эти сигналы подавались в банк корреляторов. Корреляция занимает некоторое время, поэтому потребовалось несколько корреляторов для параллельного выполнения сравнения для нескольких облучателей одновременно. Это была цель хранения результатов на компьютере; вместо коррелятора для каждого рупора система использовала меньшее число, организованное в цикл, и как только одна корреляция была завершена, его измерение сохранялось в компьютере, а затем использовалось для выполнения корреляции на следующем рупоре. .

Когда сканирование было завершено, эти данные были отправлены на уникальный дисплей «тета-фи». Дисплей рисовался путем вертикального сканирования, а не горизонтального, как в обычном аналоговом телевидении . При каждом вертикальном сканировании отображалось значение коррелятора, измеренное через один из рупоров, а затем оно слегка перемещалось вправо, чтобы повторить это для следующего значения рупора. В результате получилось изображение XY, где координата X представляет собой угол, а координата Y — диапазон.

Поскольку сигнал, скорее всего, будет виден в нескольких рупорах, поскольку их схемы приема слегка перекрываются по горизонтальной оси, цель выглядела не как одна точка, а как «созвездие» близко расположенных точек. Оператор мог контролировать усиление , чтобы исчезли слабые места, а затем оценить местоположение самолета в оставшемся наборе. Затем они использовали обычную голосовую телефонную связь с оператором станции L1, который вручную вводил местоположение на основные дисплеи. Чтобы облегчить преобразование XY в местоположение на карте, на дисплее были добавлены дополнительные вертикальные линии, чтобы разделить изображение на «сектора», которые затем можно было найти на карте.

Из-за «сложенных» вертикальных лучей Типа 85 определение высоты все еще было возможно путем проверки того, какие лучи получали сигнал помех, а какие были вне его.

Ссылки

Библиография

• Гоф, Джек (1993). Наблюдая за небом: история наземных радаров ПВО Соединенного Королевства Королевских ВВС с 1946 по 1975 год . ХМСО. стр. 172–188. ISBN  978-0-11-772723-6 .
• Саймонс, Рой; Сазерленд, Джон (1998). «Сорок лет радару Маркони с 1946 по 1986 год» (PDF) . Обзор GEC . 13 (3).
• Барретт, Дик (5 марта 2002 г.). «RX12874 – Пассивное обнаружение» .