Gee-H (navigering) - Gee-H (navigation)

Gee-H , ibland skrivet GH eller GEE-H , var ett radionavigeringssystem som utvecklades av Storbritannien under andra världskriget för att hjälpa RAF Bomber Command . Namnet avser systemets användning av tidigare Gee- utrustning, liksom dess användning av "H-principen" eller "twin-range-principen" för platsbestämning. Dess officiella namn var AMES Type 100 .

Gee-H användes för att ersätta obo- bombningssystemet som fungerade i samma riktning. Genom att mäta och hålla ett fast avstånd till en radiostation kunde bombplanen navigera längs en båge på himlen. Bomberna släpptes när de nådde ett bestämt avstånd från en andra station. Huvudskillnaden mellan Hobo och Gee-H var utrustningens placering; Oboe använde mycket stora skärmar i markstationer för att göra mycket noggranna mätningar men kunde bara rikta ett flygplan åt gången. Gee-H använde mycket mindre redskap ombord på flygplanet och var något mindre exakt men kunde styra så många som 80 flygplan åt gången.

Gee-H gick i tjänst i oktober 1943 och användes först framgångsrikt i november mot Mannesmann stålverk i Düsseldorf på natten till 1/2 november, när ungefär hälften av uppsättningarna misslyckades och lämnade bara 15 flygplan för att bomba fabriken. Gee-H förblev i bruk under hela kriget, även om det utsattes för betydande störningar från tyskarna. Det förblev också en standardarmatur för RAF-flygplan efter kriget som engelska Electric Canberra .

Gee-H anpassades av RCA till det amerikanska SHORAN- systemet under krigstid med förbättrad noggrannhet. Samma grundkoncept är fortfarande i stor utsträckning idag som det civila DME- systemet.

Utvecklingshistoria

Avståndsmätning navigering

För att bestämma din plats i 2D-utrymme krävs två mätningar av vinkel eller räckvidd - två vinkelmätningar, två avståndsmätningar eller en vinkel och ett avstånd. Tidig radionavigering baserades vanligtvis på att ta två vinkelmätningar med hjälp av radioriktningsfyndare , men dessa var noggranna endast i några få grader och gav begränsad noggrannhet i storleksordningen tiotals mil. Utvecklingen av avståndsbaserade system fick vänta tills uppfinningen av exakt tidsmätning av radiosignaler var möjlig, vilket kom till som ett resultat av utvecklingen av radar .

Den Luftwaffe börjat använda sig av avståndsmätningsradionavigationssystem med sina Y-Gerät systemet 1941. Y-Gerät använde en enda Knickebein -liknande stråle för styrning av bombplan i rätt riktning, och en fordonsbaserad transponder för avståndsmätningar. En speciell signal skickades regelbundet från en markstation och vid mottagning skulle transpondern sända ut en svarspuls efter en känd fördröjning. En markoperatör använde ett oscilloskop för att mäta tiden mellan sändning och mottagning och härledde räckvidden på ett sätt som liknar konventionella radarsystem. Han skickade sedan denna information till bombplanen med röst och berättade för dem när de skulle släppa sina bomber.

Nackdelen med navigationssystemets stråltyp är att strålarna inte kan fokuseras perfekt och i praktiken är fläktformade och växer bredare med ökande avstånd från sändaren. Detta innebär att de har minskande noggrannhet med ökande räckvidd. Mätningar på avstånd beror bara på utrustningens noggrannhet och är oberoende av räckvidd. Detta betyder att deras noggrannhet är en fast procentsats av mätningen, och det är också linjärt med räckvidden. Det är möjligt att använda två sådana mätningar för att ge en plats fix , men sådana system är i allmänhet svåra att använda, eftersom de kräver två avståndsmätningar som ska göras i snabb följd, när flygplanet är i rörelse.

Oboe

Den flygministeriet utvecklat en distansmätningssystemet känt som Oboe som först började når Pathfinder Force i sen 1941 och användes experimentellt 1942. Oboe undvek problemen med två avståndsmätningar genom användning av endast en i taget.

Före uppdraget mättes avståndet från en av obestationerna till målet och en båge med den radien ritades på ett konventionellt navigeringskarta. Till exempel skulle avståndet mellan Oboe-stationen nära Walmer och ett mål i Düsseldorf vara cirka 375 km, så en båge med en radie på 235 mil runt stationen skulle dras och passera genom Düsseldorf. Nu skulle "räckvidden" för de bomber som släpps beräknas. Räckvidd är avståndet mellan punkten där bomberna släpps och punkten där de stöter. För uppdrag runt 20.000 fot höjd är räckvidden vanligtvis i storleksordningen 2,4 miles (2,4 km) för ett höghastighetsflygplan som de Havilland Mosquito . Uppdragsplanerarna skulle sedan beräkna platsen längs den bågen där bomberna skulle behöva släppas för att träffa målet. Denna beräkning, utförd på marken, kan vara så tidskrävande som krävs, vilket möjliggör övervägande av vindar, atmosfärstryck, till och med den lilla centrifugalkraften som genereras av flygplanet efter en radiekurva på 235 mil.

Under uppdraget skulle bombaren flyga sig nära den ena änden av bågen eller den andra, med hjälp av alla navigationsmedel, inklusive dödräkning . När de var nära den förutbestämda platsen aktiverades transpondern och Oboe-stationen skulle mäta deras nuvarande avstånd. Denna "katt" -station skickar sedan ut en röstfrekvensradiosignal med antingen prickar eller streck, så att piloten kan justera sin väg så att de befinner sig i exakt rätt intervall, vid vilken tidpunkt de skickar ut en stadig ton, " equisignal ". Operatörer skulle fortsätta att titta på flygplanets position och sända ut korrigeringssignaler efter behov så att piloten kunde fortsätta att justera sin väg längs bågen.

Under tiden mätte en andra station också avståndet till bombplanen. Denna station var utrustad med bombens räckvidd som beräknats tidigare och hade använt detta för att beräkna avståndet mellan deras station och bombplanen vid den punkt där bomberna behövde släppas. När den här musstationen såg bombplanen närma sig släpppunkten skickade den en serie Morse-kodsignaler för att informera piloten om att släpppunkten närmade sig. I det exakta ögonblicket skulle det sända en ny morsesignal som automatiskt skulle släppa bomberna.

Huvudbegränsningen för Oboe var att den bara kunde användas av ett flygplan i taget. Eftersom det tog ungefär tio minuter för bombplanen att placera sig ordentligt längs bågen, innebar denna fördröjning att systemet inte kunde användas för ett stort angrepp med flera flygplan i följd. Istället användes Oboe för att vägleda målmarkeringsflygplanet för sökvägsstyrkan, vilket gav huvudmakten för bombplan en exakt siktspunkt i alla väder. Alternativt användes Oboe ibland för attacker på punktmål av enstaka flygplan, eller ett litet antal som släppte efter varandra. I tester visade Oboe noggrannheter som är större än för optiska bombsikter under dagsljus i bra väder.

Ett nytt tillvägagångssätt

Oboe var begränsat till ett flygplan eftersom transpondern ombord skulle skicka pulser varje gång markstationerna frågade dem. Om mer än ett flygplan tände på sin obo, skulle markstationerna börja ta emot flera returpulser för varje fråga, utan något sätt att skilja mellan dem.

En lösning på detta problem är att varje Oboe-station skickar ut en något annorlunda signal, normalt genom att ändra kuvertet för signalen som den sänder till flygplanet. Liknande stationer med olika signaländringar kan placeras runt Storbritannien, så att alla är synliga för ett flygplan över Tyskland. Ett flygplan som slår på sin transponder kommer att ta emot och överföra signaler från dem alla. Även om alla markstationer kommer att ta emot alla signaler kan de välja ut sina egna genom att leta efter sin unika signal. Denna ändring gör att många obestationer kan fungera samtidigt, även om det inte hjälper situationen om fler än ett flygplan slår på sin transponder.

Överväg nu att vända platsen för sändarna och mottagarna så att mottagaren är på flygplanet och sändaren på marken. Nu genererar varje flygplan ett annat signalmönster, och operatörerna på flygplanet kan leta efter sin egen signal och ignorera de andra. Vilket antal flygplan som helst kan använda samma station samtidigt. Så länge markstationen är utrustad för att snabbt vända signalerna och flygplanet inte frågar för ofta, är chansen att fler än ett flygplan frågar stationen samtidigt är låg. Detta är det grundläggande konceptet bakom Gee-H.

Gee-H

GH-ledaren Avro Lancaster B Mark III från nr 467-skvadronen RAAF när den startar sin start på RAF Waddington , augusti 1944

Det första radionavigationssystemet som användes av Bomber Command var Gee . Detta fungerade genom att sända ut två pulser med känd timing från markstationer som plockades upp av flygplanet och lästes i ett oscilloskop. Tidpunkten mellan sändningarna var inte fast och varierade från station till station, så utrustningen i bombplanen hade ett system som gjorde det möjligt att justera för detta.

Mottagaren hade en lokal oscillator som tillhandahöll en tidsbasgenerator som kunde justeras. När mottagaren slogs på först skulle pulserna från markstationen flytta över skärmen eftersom de två tidsbaserna inte var synkroniserade. Operatören ställde sedan in sin oscillator tills pulserna slutade röra sig, vilket innebar att lokaloscillatorn nu hade exakt samma pulsfrekvens som i markstationen. Mottagaren hade två kompletta system av denna typ, så att operatören kunde ta emot signaler från två stationer och enkelt jämföra dem och göra samtidiga mätningar.

För att snabbt kunna implementera den nya designen beslutades att återanvända så mycket av Gee-utrustningen som möjligt. Gee inkluderade redan oscilloskopdisplayen och mottagarenheten, så allt som behövdes var en sändare som skulle utlösa markstationssändtagaren. Detta var utformat för att fungera på samma frekvenser som Gee, så att befintlig mottagare och displayutrustning i bombplanen kunde användas.

Den nya sändaren skickade ut pulser cirka 100 gånger per sekund. Tidpunkten för pulserna var något avancerad eller fördröjd från exakt 100 per sekund. Detta innebar att varje flygplan hade en lite annan timing. Samma signal skickades också till Gee-displayenheten för att starta displaystrålen som rör sig över skärmens yta istället för att använda Gee's manuellt inställda oscillator. På det här sättet verkar de mottagna signalerna som inte har samma interpulstiming röra sig ett eller annat sätt, precis som en felaktig Gee. Endast signalerna från flygplanets egen sändare skulle rada upp på skärmen och förbli orörliga. Denna avsiktliga justering av tidpunkten kallades "skakande".

Fördröjningen från den ursprungliga Gee användes fortfarande, men ändrades igen. Under drift skulle navigatorn först ställa in fördröjningen av det övre spåret på Gee-displayen till en känd figur som matchade radien på bågen de ville flyga med. Detta skulle flytta "blip" från den lokala sändaren längs skärmens yta. Mottagna signaler skulle sedan inverteras och skickas till displayen. Navigatören kunde sedan rikta piloten på rätt väg genom att ge vägbeskrivning tills de övre och nedre blixten var i linje. Samma sak gjordes för den andra kanalen och ställde den till det förberäknade intervallet där bomberna skulle släppas. Eftersom de stannade på samma avstånd från en station, var operatören bara tvungen att kontrollera det regelbundet, medan han såg på den ständigt rörliga nedre spåret när den aktiva blipen rörde sig långsamt längs displayen mot timerblip tills de överlappade och bomberna släpptes.

Den tid som sändtagaren tog för att ta emot en puls, skicka ut svaret och återgå till mottagningstillståndet var cirka 100 mikrosekunder. Med en pulsinställning på cirka 100 per sekund skulle en sändtagare vara upptagen i 10 ms av varje sekund som svarar på signalerna från ett flygplan. Detta skulle ge 990 ms frihet att svara på andra flygplan, vilket ger en teoretisk kapacitet på 100 flygplan. I praktiken, på grund av "jitter", kan cirka 70 till 80 flygplan använda en station åt gången.

Systemet hade den ytterligare fördelen att varje flygplan valde sin tidpunkt, vilket gjorde störningar svårare. Med de flesta pulserade navigationssystem som Gee och Y-Gerät är det relativt enkelt att stoppa systemet helt enkelt genom att skicka ut fler pulser på samma frekvens, röra ihop skärmen och göra det mycket svårt för operatören att läsa signalen. Britterna hade använt denna teknik med stor effekt mot Y-Gerät, och tyskarna återvände tjänsten mot Gee. Vid den sena krigstiden var Gee i allmänhet värdelös för bombningar och användes främst som ett navigationshjälpmedel när han återvände till England.

När det gäller Gee-H hade varje flygplan en unik timing. För att blockera mottagaren måste jammaren också ha liknande timing. Men eftersom en enda signal kan användas av dussintals flygplan skulle det behövas dussintals jammare inställda på något olika tider. Och eftersom det också fanns dussintals sändtagare, många oanvända lokkensignaler, var störningsproblemet betydligt svårare.

När Gee-H-systemet använde Gee-utrustning, stängde av frågesändaren tillbaka den till en normal Gee-enhet. På ett typiskt uppdrag skulle uppsättningen användas i Gee-läge medan du lämnar England och bildar sig i en bombström , byter den till Gee-H-läge under uppdraget och återgår sedan till Gee-läge igen på returflyget för att hitta sin flygbas . Eftersom Gee kunde läsas direkt på en karta var det extremt användbart för allmän navigering, medan Gee-H bara praktiskt taget användes för att navigera till en enda plats.

Gee-Hs huvudfel var också en bieffekt av användningen av Gee-utrustning; att använda en högre frekvens möjliggör ett snävare kuvert, vilket möjliggör mer exakta tidsmätningar och därmed förbättrar noggrannheten. Dessutom, eftersom systemet använde Gees lilla bomberburna oscilloskop för mätningar, hade det inte samma visuella noggrannhet som Oboe, som använde 12-tums oscilloskop som utvecklats speciellt för detta ändamål. Gee-H uppnådde noggrannhet på cirka 150 yards vid 300 miles, medan Oboe var bra till cirka 50 yards. Som med alla VHF- och UHF-baserade system var Gee-H begränsad till avstånd precis utanför synfältet , i det här fallet begränsade det till cirka 300 miles.

Gee-H var nyckeln till Operation Glimmer , en avledande "attack" under Operation Overlord som distraherade och fäste ner tyska försvar på Calais medan den verkliga invasionflottan var 200 mil bort i Normandie. Gee-H-utrustade bombplan av 218 skvadron flög lågt, i trånga cirklar och släppte "Window" (agn) över radar transponder-utrustade små fartyg för att lura de tyska radarna att de var den viktigaste invasionen flottan.

Air Ministry beteckningar

• Gee-H Mk. I - Airborne Radio Installation (ARI) 5525
• Gee-H Mk. II - ARI 5597
• Gee-H Mk. II (Tropiserad) - ARI 5696

Se även

• Battle of the Beams
• Lorenz stråle
• Hobo (navigering)
• Lista över andra världskrigets elektroniska krigföring

Referenser

Citat

Bibliografi

externa länkar

• MIT Radiation Lab - Series 3 - Radio Beacons - sidan 16