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チェーンホーム、略してCHは、第二次世界大戦前および戦中にイギリス空軍（RAF）が航空機を探知・追跡するために建設した沿岸早期警戒レーダー基地のリングのコードネームでした。 [ 1 ]当初はRDFとして知られ、1940年に航空省実験ステーションタイプ1（AMESタイプ1）という正式名称が与えられましたが、レーダーユニットはほとんどの期間チェーンホームとしても知られていました。チェーンホームは世界初の早期警戒レーダーネットワークであり、運用状態に達した最初の軍事レーダーシステムでした。[ 2 ]その戦争への影響により、チェーンホームは「魔法戦争」として知られるようになった戦争で最も強力なシステムの1つとなりました。[ 3 ] [ 4 ]
1934年後半、ティザード委員会は、ラジオ専門家のロバート・ワトソン＝ワットに、ラジオによる死の光線に関する度重なる主張や、ドイツが何らかのラジオ兵器を開発したという報告について意見を求めた。彼の助手であるアーノルド・ウィルキンスは、死の光線は不可能であることを証明したが、ラジオは長距離探知に利用できると示唆した。1935年2月、BBC短波送信機の近くに受信機を設置し、その周辺を航空機で飛行させることで、実証実験が成功した。ワットのチームは市販の短波ラジオ機器を使用してパルス送信機の試作機を製作し、1935年6月までに、たまたま通りかかった航空機を探知した。基本的な開発は年末までに完了し、探知範囲は100マイル（160km ）程度になった。
1936年には量産型に注目が集まり、1937年初頭には高度測定機能が追加された。ロンドンへの接近路をカバーする最初の5つのステーションは1937年までに設置され、1938年に本格的な運用を開始した。その後2年間で追加のステーションが建設され、戦闘機への情報伝達の問題から、最初の統合地上管制迎撃ネットワークであるダウディングシステムが開発された。[ a ]戦争が始まる頃には、東海岸と南海岸のほとんどがレーダーでカバーされていた。
チェーンホームは1940年のバトル・オブ・ブリテンにおいて重要な役割を果たした。CHシステムはフランス上空で編隊を組む敵機を探知することができ、RAF司令官は空襲の進路に機体を整列させる十分な時間を得ることができた。これによりRAFの戦闘能力は飛躍的に向上し、まるで3倍の戦闘機を保有しているかのような効果を発揮し、しばしば数で勝るドイツ軍を撃破することができた。チェーンホーム・ネットワークは継続的に拡張され、終戦までに40以上のステーションが稼働し、海外で使用するための移動式ステーションも設置された。戦争末期、ドイツ空軍の爆撃の脅威がなくなると、 CHシステムはV2ミサイルの発射を探知するために使用された。戦後、英国のレーダーシステムは段階的に廃止されたが、冷戦の勃発により、チェーンホーム・レーダーは1950年代に新しいシステムに置き換えられるまで、新しいROTORシステムに再利用された。現在、元のサイトのうち残っているのはごくわずかである。
無線技術の黎明期から、無線方向探知（RDF）技術を用いた航法に信号が利用されてきた。RDFは無線送信機の方位を決定することができ、そのような測定値を複数組み合わせることで無線測位が可能になり、受信機の位置を計算できる。[ 5 ]放送信号に基本的な変更を加えることで、受信機は単一の局を使用して位置を特定することが可能になった。英国は、オルフォードネスビーコンという形で、そのようなサービスの先駆けとなった。[ 6 ]
ラジオ開発の初期段階では、特定の物質、特に金属が無線信号を反射することが広く知られていました。これにより、信号を送信し、反射波の方向をRDFで測定することで物体の位置を特定できる可能性が生まれました。このようなシステムは、1904年にドイツのクリスティアン・ヒュルスマイヤーに特許が与えられ、 [ 7 ]それ以降、基本概念に関する広範な実験が行われました。これらのシステムは、目標までの距離ではなく方向のみを明らかにし、当時の無線機器の出力が低かったため、短距離の検出にしか役立ちませんでした。そのため、霧や悪天候時の氷山や衝突警報に使用され、必要なのは近くの物体の概ねの方向だけでした。[ 7 ]
航空機に対する無線探知の使用は、1930年代初頭に初めて検討されました。英国、米国[ 8 ] 、日本[ 9 ] 、ドイツ[ 10 ]などのチームがこの概念を検討し、少なくともある程度の開発努力を注ぎました。測距情報がないため、このようなシステムは実用的には限定的な用途にとどまりました。2つの角度測定を使用することはできましたが、既存のRDF機器を使用して完了するには時間がかかり、測定中の航空機の急速な動きにより調整が困難でした。[ 10 ]
1915年以来、ロバート・ワトソン＝ワットは、スラウのディットン・パークにある国立物理研究所（NPL）の無線研究セクション（RRS）に併設された研究所で気象庁のために働いていた。ワットは、雷から発せられる短命な無線信号を利用して雷雨を追跡することに興味を持ったが、既存のRDF技術では信号が消える前に方向を特定するには遅すぎた。1922年、[ 11 ]彼は、元々はRRSによって構築されたものの現在は使用されていない指向性アドコックアンテナアレイに陰極線管（CRT）を接続することでこの問題を解決した。後にハフダフ（HF/DF、高周波方向探知の略）として知られるようになったこの複合システムは、信号の方向をほぼ瞬時に特定することを可能にした。気象庁は、これを飛行士向けの嵐警報の作成に使用し始めた。[ 12 ]
この時期、ケンブリッジ大学キングス・カレッジのエドワード・アップルトンは、後にノーベル物理学賞を受賞することになる実験を行っていた。1923年にボーンマスに設置されたBBCの送信機を使用し、オックスフォード大学の受信機でその信号を受信することで、波長の変化を利用して、当時ヘヴィサイド層として知られていた大気中の反射層までの距離を測定することができた。オックスフォードでの最初の実験の後、テディントンのNPL送信機が送信源として使用され、アップルトンはロンドンのイーストエンドにあるキングス・カレッジの出張所でそれを受信していた。ワットはこの実験を知り、スラウにある自身のチームの受信機を使用して同じ測定を開始した。それ以降、2つのチームは定期的に交流し、ワットは彼らが発見した複数の大気層を説明するために電離層という用語を作り出した。[ 13 ]
1927年、気象庁とNPLの2つの無線研究所が統合され、ワットが所長を務めるNPL運営の無線研究所（略称は同じRRS）が設立された。[ 11 ]これにより、ワットは研究コミュニティだけでなく、イギリス陸軍、海軍、空軍の主任通信将校とも直接連絡を取ることができた。ワットは無線技術の分野で著名な専門家となった。[ 11 ]この頃から、ワットはNPLが純粋な研究機関としての役割ではなく、技術開発においてより積極的な役割を果たすよう働きかける長い期間が始まった。ワットは特に長距離航空機の航法に無線を使用することに興味を持っていたが、テディントンのNPL経営陣は受け入れず、これらの提案は実現しなかった。[ 14 ]
1931年、アーノルド・フレデリック・ウィルキンスはスラウにあるワットのスタッフに加わった。「新入り」として、彼はさまざまな雑用をこなすよう命じられた。その一つが電離層研究用の新しい短波受信機の選定であり、彼はこの任務に非常に真剣に取り組んだ。いくつかのユニットに関する入手可能な情報をすべて読んだ後、彼は当時としては非常に高い周波数で動作する郵便総局（GPO）のモデルを選んだ。このシステムのテストの一環として、1932年6月にGPOは報告書第232号「航空機による干渉」を発表した。この報告書は、受信機の近くを飛行する航空機が信号の強度を変化させるというGPOテストチームの観察結果を報告しており、これはフェージングとして知られる厄介な現象である。[ 15 ]
こうして英国におけるレーダー開発の舞台が整った。ウィルキンスの短波信号が航空機から反射するという知識、アップルトンの実験のように空を照らすBBC送信機、そして角度を測定するワットのRDF技術を用いることで、完全なレーダーを構築することが可能になった。このようなシステムでは目標までの角度は決定できたが、距離を決定したり、空間上の位置を特定したりすることはできなかった。そのためには、異なる場所から2回の測定を行う必要があった。ワットのハフダフ技術は迅速な測定の問題を解決したが、2つのステーションでの測定の調整、および2つのステーション間の測定の不正確さや校正の差異といった問題は依然として残っていた。[ 16 ]
レーダーを実用化するために欠けていた技術は、パルスを使用して信号の送信と反射信号の受信の間の時間を測定することで距離を決定することでした。これにより、単一のステーションで角度と距離を同時に測定できるようになります。1924年、米国海軍研究所の2人の研究者、マール・トゥーブとグレゴリー・ブリエは、変化する波長の代わりに時間付きパルス信号を使用してアップルトンの実験を再現することにしました。[ 17 ]この技術を検出システムに適用することは、現場で作業している人々にとって見逃せないものであり、そのようなシステムは1931年に英国信号実験施設（SEE）のWASブテメントとPEポラードによって試作されました。陸軍省はこの概念に興味を示さず、その開発はSEE以外ではほとんど知られませんでした。[ 18 ]
同時に、そのようなシステムの必要性はますます切迫したものになっていった。1932年、ウィンストン・チャーチルと彼の友人であり、腹心であり、科学顧問でもあるフレデリック・リンデマンは車でヨーロッパを旅し、ドイツの航空機産業の急速な再建を目にした。[ 19 ]同年11月、スタンリー・ボールドウィンは「爆撃機は必ず突破する」という有名な演説を行った。[ 20 ]
1934 年初夏、RAF は最大 350 機の航空機による大規模な演習を実施した。部隊は二手に分かれ、爆撃機がロンドンを攻撃しようとし、戦闘機はオブザーバー コープスの誘導を受けてそれを阻止しようとした。結果は惨憺たるものだった。ほとんどの場合、爆撃機の大多数は戦闘機を一度も見ることなく目標に到達した。一方的な結果に対処するため、RAF は防衛側にますます正確な情報を提供し、最終的には攻撃が行われる場所と時間をオブザーバーに伝えた。それでも、爆撃機の 70 パーセントは妨害を受けることなく目標に到達した。この数字は、市内の目標はすべて破壊されることを示唆していた。[ 21 ]飛行隊長 PR バーチャルは、結果を総括して「国民は無防備感と落胆、あるいは少なくとも不安感に襲われている」と述べた。[ 21 ] 11月、チャーチルは「ナチス・ドイツの脅威」についての演説を行い、その中で、イギリス海軍は空からの攻撃を受ける敵からイギリスを守ることはできないと指摘した。[ 22 ]
1930年代初頭、イギリスの軍事界と政界では戦略航空戦力に関する激しい議論が繰り広げられた。ボールドウィンの有名な演説により、イギリスの都市への爆撃を防ぐ唯一の方法は、ボールドウィンが言うところの「敵よりも多くの女性と子供をより早く殺せる」ほどの大規模な戦略爆撃機部隊を作ることだと多くの人が信じるようになった。[ 23 ]イギリス空軍の最高幹部でさえこの方針に賛同し、テストの結果、「『最良の防御は攻撃である』というのはあまりにもありふれた決まり文句かもしれないが、この国を空からの侵略から守る唯一の確実な方法を示している。重要なのは攻撃なのだ」と公言した。[ 21 ]ドイツが急速にドイツ空軍を再軍備していることが明らかになるにつれ、イギリス空軍がそのような報復合戦で勝利するという目標を達成できないのではないかという懸念が高まり、多くの人が大規模な爆撃機建造計画に投資すべきだと提案した。[ 24 ]
戦闘機の進歩により爆撃機はますます脆弱になっていると感じた人々もおり、少なくとも防御的なアプローチを検討すべきだと提案した。後者のグループには、テストパイロットであり科学者でもあるリンデマンがおり、 1934年8月のタイムズ紙で「科学と発明のあらゆる資源が使い果たされたことが明確に証明されるまでは、このような脅威に直面して敗北主義的な態度をとることは許されない」と述べている。[ 25 ]
1923年から1924年にかけて、発明家のハリー・グリンデル・マシューズは、長距離にエネルギーを投射する装置を製作したと繰り返し主張し、陸軍省に売り込もうとしたが、詐欺とみなされた。[ 26 ]彼の試みは、他の多くの発明家が、伝説の電気式または無線式の「死の光線」の何らかの形態を完成させたと主張してイギリス軍に接触するきっかけとなった。[ 26 ]そのうちいくつかは詐欺であることが判明し、どれも実現可能ではなかった。[ 27 ]
ほぼ同時期に、ドイツで別の無線兵器が開発されていることを示唆する一連の話が流れた。話の内容は様々だったが、共通していたのは死の光線というものと、信号を使ってエンジンの点火システムに干渉し、エンジンを停止させるというものだった。よく語られる話の一つは、休暇で黒い森をドライブしていたイギリス人夫婦が田舎で車が故障したというものだった。彼らは兵士に声をかけられ、テストを行う間待つように言われ、テストが終わると問題なくエンジンを始動できたと主張した。その直後、ドイツの新聞に、同じ地域のフェルトベルクに設置された大型無線アンテナの写真が掲載された記事が出た。 [ 28 ]
エンジン停止光線や死の光線の主張には非常に懐疑的であったものの、理論的には可能であったため、航空省はそれらを無視することはできなかった。[ 27 ]もしそのようなシステムが構築できれば、爆撃機は役に立たなくなるかもしれない。[ 15 ]そうなれば、夜間爆撃機の抑止力は一夜にして消滅し、英国はドイツの拡大し続ける航空艦隊による攻撃に対して無防備になるかもしれない。逆に、英国がそのような装置を持っていれば、国民は守られるだろう。[ 24 ]
1934年、これらの新型兵器を調査するための科学委員会を設立する動きとともに、RAFは100ヤード離れた羊を殺せるデスレイの実動モデルを実証できた者に1,000ポンドの賞金を提供したが[ 29 ] 、誰も応募しなかった[ 15 ] 。
より優れた防空方法を研究する必要性から、ハリー・ウィンペリス[ b ]は新しい概念を検討する研究グループの結成を強く求めた。当時航空大臣であったロンドンデリー卿は、1934年11月に防空科学調査委員会の設立を承認し、ヘンリー・ティザードに委員長を務めるよう依頼した。この委員会は、後にティザード委員会として歴史に名を残すことになる。[ 31 ]
ウィンペリスが死の光線の概念を判断するために無線の専門家を探していたとき、当然ワットに紹介された。彼はワットに「俗に『死の光線』と呼ばれるタイプの提案の実現可能性について」手紙を書いた。[ 32 ]二人は1935年1月18日に会い、[ 33 ]ワットはこの問題を調査すると約束した。ワットはウィルキンスに助けを求めたが、根本的な問題は秘密にしておきたかった。彼はウィルキンスに、5キロメートル（3.1マイル）離れた8帝国パイント（4.5リットル）の水の温度を98°Fから105 °F（37°Cから41 °C）まで上げるのにどのような種類の無線エネルギーが必要かを計算するように頼んだ。ワットは困惑したが、ウィルキンスはすぐにこれが死の光線に関する質問だと推測した。彼はいくつかの概算計算を行い[ 34 ]、電子機器の最先端技術を考えると必要なエネルギー量は不可能であることを示した[ 35 ] 。
RV ジョーンズによれば、ウィルキンスが否定的な結果を報告したとき、ワットは「では、死の光線が不可能なら、どうすれば彼らを助けられるのか？」と尋ねた。[ 36 ]ウィルキンスは GPO からの以前の報告を思い出し、当時の爆撃機の翼幅は約25 m (82フィート)であり、波長50 m、つまり約 6 MHz の信号用の半波長ダイポールアンテナを形成するのにちょうど良いと指摘した。理論的には、これは信号を効率的に反射し、受信機で受信して接近する航空機を早期に知らせることができる。[ 35 ]
ワットは委員会に返信し、死の光線は極めてあり得ないことだと述べたが、次のように付け加えた。
依然として困難ではあるものの、以前ほど有望ではない電波探知の問題に注目が集まっており、反射電波による探知方法に関する数値的考察は必要に応じて提出される予定である。[ 35 ]
この書簡は、1935年1月28日に開催されたティザード委員会の最初の公式会議で議論された。この概念の有用性は出席者全員に明らかであったが、実際に可能かどうかという疑問が残った。アルバート・ロウとウィンペリスは共に計算を検証し、正しいように見えた。彼らはすぐに返信し、より詳細な検討を求めた。ワットとウィルキンスは、2月14日付の「無線による航空機の探知と位置特定」と題する秘密覚書でこれに続いた。[ 37 ]この新しい覚書の中で、ワトソン＝ワットとウィルキンスはまず、航空機からのさまざまな自然放射（エンジン点火システムからの光、熱、電波）を検討し、これらを敵が適切な距離で探知できないレベルまで隠蔽するのは容易すぎることを示した。彼らは、独自の送信機からの電波が必要になると結論付けた。[ 35 ]
ウィルキンスは、航空機の予想される反射率について具体的な計算を示した。受信信号は送信信号の 10 ～ 19倍の強度しかないが、このような感度は最先端技術の範囲内であると考えられた。[ 14 ]この目標を達成するために、受信感度をさらに 2 倍向上させる必要があると想定した。彼らの電離層システムは、約 1 kW しか送信しなかったが、[ 14 ]市販の短波システムには 15 アンペア (約 10 kW) の送信機があり、約10 マイル (16 km) で検出可能な信号を生成すると計算した。彼らはさらに、システムが連続ではなくパルスで動作すれば出力電力を最大 10 倍まで増加させることができ、そのようなシステムでは、送信と受信の間の時間遅延をオシロスコープで測定することで目標までの距離を決定できるという利点があると示唆した。[ 35 ]残りの必要な性能は、アンテナを非常に高くして信号を垂直に集束させることで、アンテナの利得を増加させることで補うことになる。 [ 38 ]このメモは、これらの技術を使用した完全な駅の概要で締めくくられていた。その設計は、運用開始されたCH駅とほぼ同じだった。[ 35 ]
その手紙は委員会に取り上げられ、委員会は直ちに開発開始のために4,000ポンドを拠出した。[ c ]彼らは供給・研究担当の航空委員であるヒュー・ダウディングに、財務省にさらに10,000ポンドを要求するよう請願した。ダウディングはそのコンセプトに非常に感銘を受けたが、さらなる資金提供の前に実演を要求した。[ 39 ] [ 40 ]
ウィルキンスは、ノーサンプトンシャー州ダヴェントリーにある新しい10kW 、49.8m のBBCボローヒル短波局を適切な臨時送信機として使用することを提案した。受信機とオシロスコープは、RRSが田園地帯のラジオ受信を測定するために使用していた配送バンに設置された。1935年2月26日、[ d ]彼らはバンをアッパー・ストウ近くの畑に駐車し、木製のポールの上に畑全体に張られたワイヤーアンテナに接続した。ハンドレー・ページ・ヘイフォードがその地域を4回通過し、そのうち3回の通過でCRTディスプレイに明らかに顕著な影響が生じた。[ 42 ]試験の場所に記念碑が建てられた。[ 43 ]
テストを観察していたのは、ワット、ウィルキンス、RRSチームの他の数名のメンバーと、ティザード委員会の代表としてロウであった。ワットは非常に感銘を受け、後に「イギリスは再び島になった！」と叫んだと主張した。[ 39 ]
ロウとダウディングも同様に感銘を受けた。この時点で、ワットが以前から開発をめぐって動揺していたことが重要になった。NPLの経営陣はコンセプトの実用化には関心を示さず、航空省がチームを引き継ぐことを喜んで受け入れた。[ 44 ]数日後、財務省はさらなる開発のために12,300ポンドを拠出し、[ 39 ] RRSの研究者からなる小チームが秘密保持を誓約し、コンセプトの開発を開始した。[ 44 ]システムはRRS基地で構築され、その後、海上試験のためにオーフォードネスに移される予定だった。ウィルキンスはGPOユニットを基に受信機を開発し、適切なアンテナシステムも開発することになっていた。残された問題は、適切なパルス送信機を開発することだった。これらのコンセプトに精通したエンジニアが必要だった。[ 45 ]
エドワード・ジョージ・ボーエンは、ラジオ専門家を募集する新聞広告に応募してチームに加わった。ボーエンは以前アップルトンの下で電離層の研究に携わっており、基本的な概念をよく理解していた。また、アップルトンの依頼でRRSのRDFシステムを使用したことがあり、RRSのスタッフにも知られていた。[ 44 ]和やかな面接の後、ワトソン＝ワットとジョック・ハードは、彼がウェールズの国歌を歌えるなら仕事を与えると言った。彼は同意したが、その代わりに彼らがスコットランドの国歌を歌ってくれるならという条件をつけた。彼らはそれを断り、彼に仕事を与えた。[ 14 ]
ボーエンは、BBCの送信機用電子機器をベースに、海軍から入手した新しい送信管 を使って、 6 MHz（ 波長50メートル）で25 kWの信号を送信し、25 μsのパルスを毎秒25回送信するシステムを製作した。[ 45 ]一方、ウィルキンスとLHベインブリッジ＝ベルは、フェランティの電子機器とRRSのCRTの1つをベースに受信機を製作した。彼らは機密保持のため、RRSでシステムを組み立てないことにした。3人の科学担当官と6人の助手からなるチームは、1935年5月13日に機器をオーフォードネスに移設し始めた。受信機と送信機は、第一次世界大戦の砲撃実験で使われていた古い小屋に設置され、送信アンテナは2本の75フィート（23メートル）のポール間に水平に張られた単一のダイポールアンテナで、受信機は2本の交差したワイヤーによる同様の配置だった。[ 46 ]
このシステムは航空機に対してはほとんど効果がなかったが、1,000 マイル離れた電離層からの反響が 観測された。グループは、電離層の研究がスラウの RRS での他の実験を妨害していたという口実で、これらの効果に関するいくつかのレポートを発表し、研究を続けるためにオーフォードネスの未使用の土地へのアクセスを航空省が許可してくれたことに感謝の意を表した。[ 47 ]ボーエンは、海軍が提案した最大5000ボルトから始めて、数ヶ月かけて段階的に 12,000 V まで送信機の電圧を上げ続け、200 kW のパルスを生成した。[ 48 ]バルブ間のアーク放電のため、送信機をバルブ間のスペースを広げて再構築する必要があり、[ 47 ]アンテナのアーク放電は、コロナ放電を減らすためにダイポールから銅球を吊るすことで解決された。[ 49 ]
6月までにシステムは順調に機能していたが、ベインブリッジ＝ベルは成功に非常に懐疑的であったため、ワットは最終的に彼をRRSに戻し、ニック・カーターと交代させた。[ 48 ]ティザード委員会は6月15日に現場を訪れ、チームの進捗状況を調査した。ワットは密かにビッカース・バレンシアを近くを飛行させる手配をし、数年後、ディスプレイ上の反響を見たと主張したが、他の誰もそれを見たことを覚えていない。[ 50 ]
ワットはティザード隊の残りのメンバーと共にRRSに戻らず、チームともう一日滞在することにした。[ 51 ]機器に変更を加えることなく、6月17日にシステムが起動され、すぐに17マイル（27km ）の物体からの応答が返ってきた。しばらく追跡した後、彼らはそれが南に飛び去り、消えるのを見た。ワットは近くのフェリクストウの水上飛行機実験ステーションに電話をかけ、所長はスーパーマリン・スカパ飛行艇がちょうど着陸したと述べた。ワットは飛行機に再び戻ってさらにパスを行うよう要請した。[ 51 ]この出来事は、英国におけるレーダーの公式な誕生日と考えられている。[ 52 ]
RAFマートルシャム・ヒースの航空機がシステムの標的提供の任務を引き継ぎ、射程は継続的に拡大された。7月24日の試験中、受信機は40マイル（64km ）の標的を検出し、信号は十分に強かったため、標的が実際には密集編隊を組んだ3機の航空機であると判断できた。9月までに射程は安定して40マイルとなり、年末までに80マイル（130km ）に増加し、ボーエンが送信機に施した電力改善により、 1936年初頭には100マイル（160km ）を超えた。 [ 51 ]
1935年8月、ティザード委員会の秘書であるアルバート・ロウは、「Radio Direction and Finding」（RDF）という用語を作り出したが、これはすでに広く使われていた「Radio Direction Finding」という用語と混同される可能性のある名前を意図的に選んだものであった。[ 52 ]
1935 年 9 月 9 日付のメモで、ワトソン＝ワットはこれまでの進捗状況を概説した。当時、通信範囲は約40マイル (64 km)であったため、ワトソン＝ワットは東海岸全体に沿って20マイル (32 km)間隔で局の完全なネットワークを構築することを提案した。送信機と受信機は別々であったため、開発コストを節約するために、送信機を 1 つおきの局に配置することを提案した。送信機の信号は、その場所の受信機だけでなく、その両側の受信機でも使用できる。[ 53 ]これは、通信範囲の急速な拡大によりすぐに無意味になった。委員会が 10 月に次にその場所を訪れたときには、通信範囲は80マイル (130 km)に達しており、ウィルキンスは複数のアンテナを使用した高度測定方法に取り組んでいた。[ 53 ]
オルフォードネスシステムは、その場しのぎの性質と6か月未満という短い開発期間にもかかわらず、すでに有用で実用的なシステムとなっていた。それに比べて、 10年間開発されてきた音響ミラーシステムは、ほとんどの条件下で依然として5マイル（8.0 km）の範囲に限定されており、実用上は非常に困難であった。ミラーシステムの開発は終了し、1935年12月19日、南東海岸沿いの5つのRDFステーション[ f ]の6万ポンドの契約[ e ]が発注され、1936年8月までに運用開始される予定であった。 [ 42 ] [ 53 ]
RDFの有用性に納得していなかったのはリンデマンだけだった。彼は友人のチャーチルの強い勧めで委員会に加わったが、チームの仕事ぶりに感銘を受けなかった。現場を訪れた際、彼は粗末な環境と、どうやら食べなければならなかった弁当に腹を立てたようだ。[ 55 ]リンデマンは探知と追跡に赤外線システムを使用することを強く主張し、多くの観察者がリンデマンのレーダーへの絶え間ない妨害を指摘している。ボーエンが述べたように、
彼が委員会に加わってから数ヶ月のうちに、それまで革新的で先見の明のあるグループだったものが、争いで分裂してしまった。レーダーに対する彼の敵意と、気球から垂らしたワイヤーや赤外線を使って敵機を迎撃するという全く非現実的なアイデアに固執するリンデマンと他のメンバーとの対立だった。当時、赤外線は長距離の航空機を探知する感度が全くなかった。[ 55 ]
チャーチルの支持により、他のメンバーの彼の行動に対する苦情は無視された。この問題は最終的に、新任の航空大臣であるスウィントン卿に差し戻された。スウィントンは、元の委員会を解散し、リンデマンの代わりにアップルトンを委員に据えて再編成することで問題を解決した。[ 53 ] [ 55 ]
開発努力が拡大するにつれ、ワットは「かなりの数のマストとアンテナシステムのための広い敷地を持つ大規模な」中央研究ステーションの設立を要求した。[ 53 ]チームのメンバー数人がワットと共にオーフォードネスの北へ偵察旅行に出かけたが、適切な場所は見つからなかった。その後、ウィルキンスは、以前日曜日のドライブ中にオーフォードネスの南約10マイル（16km ）の興味深い場所を見つけたことを思い出した。彼は、その場所が海抜約70～80フィート（21～24m）で、その地域では珍しい場所だったため、それを思い出した。敷地内の大きなマナーハウスには、実験室とオフィスのための十分なスペースがあった。1936年2月と3月に、チームはボーズィー・マナーに移り、航空省実験ステーション（AMES）を設立した。1939年に科学チームが去ると、その場所は運用CHサイトRAFボーズィーとなった。[ 56 ]
「ネスチーム」がボーズィーへ移動し始めた一方で、オーフォードネスのサイトは引き続き使用されていた。これは、ボーズィーで最近完成した新しいシステムが故障した際のデモンストレーションで役立った。翌日、ロバート・ハンベリー＝ブラウンと新人のジェラルド・タッチがオーフォードネスのシステムを起動し、そこからデモンストレーションを実行することができた。オーフォードネスのサイトは1937年まで閉鎖されなかった。[ 57 ]
このシステムは、導入を迅速化するために、既存の市販技術を使用して意図的に開発されました。[ 58 ]開発チームには、新しい技術を開発してデバッグする時間がありませんでした。実務的なエンジニアであるワットは、「2番目に良い」ものが間に合わず、「最良」がまったく入手できない場合は、「3番目に良い」もので十分だと考えていました。[ 59 ]これにより、ウィルキンスが爆撃機の翼で共鳴して信号を改善すると提案した 50m波長（約6MHz ）が使用されることになりました。残念ながら、これは新しい商用放送が以前は高周波 だったこのスペクトルを使用するようになったため、システムがますますノイズに覆われることを意味しました。チームは、クリアなスペクトルを得るために、独自の波長を26m （約11MHz ）に短縮することで対応しました。誰もが喜んだことに、そしてウィルキンスの1935年の計算に反して、波長が短くなっても性能の低下はありませんでした。[ 55 ]これにより、さらに13mまで縮小され、最終的には10～13m （約30～20MHz）の間でチューニングできるようになり、周波数の柔軟性が確保されて妨害を回避するのに役立つようになった。[ 54 ]
ウィルキンスの高さ測定方法は1937年に追加された。彼はもともとRRSで働いていたときに、大西洋横断放送の垂直角度を測定する方法としてこのシステムを開発した。このシステムは、受信マスト上で垂直に分離された複数の平行ダイポールで構成されていた。通常、RDFゴニオメーターは同じ高さにある2つの交差ダイポールに接続され、目標反射への方位を決定するために使用された。高さ測定の場合、オペレーターは代わりに異なる高さにある2つのアンテナを接続し、同じ基本的な操作を実行して垂直角度を決定した。送信アンテナは利得を向上させるために意図的に垂直に焦点を合わせていたため、このようなアンテナの1組では狭い垂直角度しかカバーできなかった。このようなアンテナのシリーズが使用され、各ペアは異なる中心角度を持ち、地平線から約2.5度上から最大40度まで連続的にカバーした。この追加により、ワットの元のメモの最後の残りの部分が完成し、システムは生産に入る準備が整った。[ 60 ] [ 54 ]
1937 年初頭に業界パートナーに調査が行われ、多くの企業を網羅する生産ネットワークが組織された。メトロポリタン・ヴィッカースが送信機の設計と製造を引き受け、AC コッサーが受信機の設計と製造を引き受け、ラジオ送信機器会社がゴニオメーターの開発に取り組み、アンテナは AMES と GPO の合同グループによって設計された。財務省は 8 月に本格的な展開を承認し、11 月に最初の生産契約が 20 台の発注に送られ、総費用は 380,000 ポンドであった。[ 60 ]これらのセットのうち 15 台の設置は 1937 年と 1938 年に行われた。1938 年 6 月に、急速に拡大する部隊を組織するためにロンドン本部が設立された。これが通信開発局 (DCD) となり、ワットが局長に任命された。ウィルキンスはワットに続いて DCD に入り、AP ロウはボーズィーの AMES を引き継いだ。 1938年8月、最初の5つの駅が運用開始を宣言し、ミュンヘン危機中にサービスを開始し、9月に本格的な運用を開始した。[ 61 ]
1936年の夏、RAFビギンヒルでは、レーダーの存在が航空戦にどのような影響を与えるかを調べる実験が行われた。[ 62 ] RDFが15分間の警告を提供すると仮定して、戦闘機を爆撃機の前に配置することで効率を高める迎撃技術を開発した。主な問題は、自機の位置を特定することと、戦闘機が適切な高度にいることを確認することであった。
1937年にボーズィーで行われた運用レーダーに対する同様のテストでは、結果は滑稽なものだった。ダウディングは地上管制官が戦闘機を誘導しようと慌てふためく様子を見ながら、頭上を通過する爆撃機の音を聞いていた。彼は問題が技術的なものではなく、報告方法にあると見抜いた。パイロットにはあまりにも多くの、しかも矛盾した報告が送られていたのだ。この認識から、ダウディング・システムが開発された。これは、ロンドンの中央「フィルター室」に電話回線が張り巡らされた広範なネットワークで、レーダー基地からの報告が収集・照合され、分かりやすい形式でパイロットにフィードバックされる仕組みだった。システム全体としては、膨大な人員を必要とした。
1939年9月の戦争勃発時には、21の運用中のチェーンホーム局があった。 1940年のフランスの戦いの後、ネットワークは西海岸と北アイルランドをカバーするように拡張された。チェーンは戦争中ずっと拡張され続け、1940年までに北のオークニーから南のウェイマスまで伸びた。これにより、イギリス諸島のヨーロッパ側全体をレーダーでカバーできるようになり、フランス上空を飛行する高高度目標を遠くまで探知することができた。システムの校正は当初、主に民間人が操縦する徴用されたアブロ・ロータ・オートジャイロの飛行を用いて、既知のランドマーク上空を飛行して行われ、レーダーは地上に対する目標の位置がCRTから読み取れるように校正された。ロータが使用されたのは、地上で比較的静止した位置を維持できるためで、パイロットは向かい風にもかかわらず一定の地上位置を維持しながら小さな円を描いて飛行することを学んだ。
CHネットワークの急速な拡大により、英国が提供できる以上の技術者と運用要員が必要となり、1940年にオタワの英国高等弁務官事務所はカナダ政府に対し、英国防衛のために無線技術に熟練した人材を派遣するよう正式に要請した。1941年末までに1,292人の訓練を受けた要員が志願し、そのほとんどがレーダー整備士として英国に急送された。[ 63 ]
戦闘中、チェーンホーム基地、特にワイト島のヴェントナー基地は、1940年8月12日から18日の間に数回攻撃を受けた。ある時、ドーバーのチェーンホーム基地を含むケント州のレーダー網の一部が、送電網への幸運な一撃によって機能停止に陥った。レーダー装置を収容する木造小屋は損傷を受けたものの、鉄骨構造の塔は無傷で残った。塔が無傷で信号がすぐに復旧したことから、ドイツ空軍はこれらの基地は爆撃で損傷させるのが困難であると判断し、終戦まで攻撃を控えた。
チェーンホームは、イギリスの主要レーダーシステムとして短期間しか使用されませんでした。1942年までに、その任務の多くは、はるかに高度なAMES Type 7地上管制迎撃（GCI）レーダーシステムに引き継がれました。チェーンホームは、おそらく100度程度の範囲をスキャンし、測定にかなりの労力を要しましたが、Type 7は基地周辺の360度全方位をスキャンし、それを平面位置指示器、つまり基地周辺の空域のリアルタイム2次元地図に表示しました。ディスプレイには戦闘機と爆撃機の両方が表示され、敵味方識別（IFF）信号を使用して識別することができました。このディスプレイからのデータは、追加のオペレーターや管制センターを必要とせずに、迎撃パイロットに直接読み取ることができました。
GCIの導入により、CHはレーダーネットワークの早期警戒部分となった。運用をさらに簡素化し、人員要件を削減するために、目標のプロット作業は半自動化された。 「フルーツマシン」として知られる、ある程度複雑なアナログコンピュータに、オペレーターコンソールから直接情報が入力され、方位角のゴニオメータ設定と、機械式ポインタを画面上で移動させて選択された目標に合わせるダイヤルの設定から距離が読み取られた。ボタンが押されると、フルーツマシンは入力を読み取り、目標のXとYの位置を計算し、それを1人のオペレーターが地図上にプロットしたり、電話で直接伝達したりすることができた。[ 59 ]
当初の送信機は絶えず改良され、まず オーフォードネス・システムの100kWから 配備されたシステムでは350kWに、そして 戦時中には通信距離を大幅に伸ばすために750kWへとさらにアップグレードされた。長距離での探知を容易にするため、1秒間に12.5パルスという低速のパルスレートが追加された。4基の送信塔は後に3基に縮小された。
1944年9月に始まったV-2ロケットによる爆撃に対し、イギリス軍は有効な対策を講じることができなかった。ミサイルは高度が高く速度も速すぎたため、接近中に探知されることはなく、空襲警報を発令する時間さえなかった。超音速で飛翔するため、接近音が目標に到達する前に爆発が起こり、何の警告もなかった。政府は当初、地下ガス管の爆発として処理しようとしたが、明らかにそうではなく、最終的にはV-2が落下する様子が映像に収められた。
これに対し、CH のいくつかの局が再編成され、「ビッグ ベン」システムとして、発射中の V-2 を報告するようになった。発射場所を特定しようとする試みは行われなかった。無線測距儀は単純に遅すぎて使えなかったからである。代わりに、ネットワーク内の各局、Bawdsey、Gt. Bromley、High St、Dunkirk、Swingate (Dover) は、最大距離設定と高度測定モードのままにされた。このモードでは、レーダーには信号に敏感な複数のローブが重ねて配置されていた。ミサイルが上昇するにつれて、これらのローブを順番に通過し、一連の点滅が時間とともに現れたり消えたりする。各局は、ミサイルがこれらのローブを通過する際に目標までの距離を測定し、それを電話で中央のプロット局に送信した。[ 64 ]
基地では、これらの距離測定値は射程カットと呼ばれる円弧として図表にプロットされた。円弧の交点が発射台のおおよその領域を定義した。ミサイルは上昇しながら目標に近づくため、これらの交点はそれぞれ目標に近づく。これらの交点をいくつか順番に取得することで、ミサイルの軌道をある程度の精度で決定し、可能性のある地域に空襲警報を発信することができた。[ 64 ]
この任務の成功は、ミサイルの胴体の形状が12mバンドHFレーダーの優れた1/4波長反射板として機能したことによる。 [ 65 ] RAF戦闘機司令部も発射を知らされ、その拠点を攻撃しようとした。しかし、ドイツの発射船団は動力付きで、偽装が巧妙で機動性も高かったため、発見して攻撃するのは極めて困難だった。唯一知られている撃墜記録は、RAF第602飛行隊のスーパーマリン・スピットファイアのパイロットが森林地帯から上昇するV-2に遭遇し、結果不明の速射を行ったというものである。[ 66 ]
戦争末期にはイギリスのレーダー防衛は急速に衰退し、多くの施設が閉鎖され、その他は「維持管理」状態に置かれました。しかし、戦後すぐにソ連との緊張が高まったため、暫定措置として一部の戦時レーダーが再稼働されました。特定のレーダーは平時の品質と信頼性の基準に合わせて再製造され、探知距離と精度が大幅に向上しました。これらの再構築されたシステムは、 1949年から1958年にかけて3つの段階を経て進められたチェーンホームの代替システムであるROTORの第一段階でした。 [ 67 ]
当初から、迎撃任務の固有のタイミングのため、最初の探知から単一の迎撃を実行するには約 23 分かかることが指摘されていた。目標が高速ジェット爆撃機の場合、これには約240 マイル (390 km) の初期探知範囲が必要であった。[ 68 ] CH は、改良型であっても、最良の条件下でもかろうじてこれを実行できる程度であった。GCI レーダーはこれに遠く及ばず、ROTOR システム全体は遅くとも 1957 年までに新しいレーダー システムが利用可能になることに依存していた。実際にこの要件が満たされた数少ない例の 1 つは、最初の AMES Type 80システムが 1954 年に運用開始されたことで、この要件が実際に達成されたことである。
最後のチェーンホーム型1型システムは、鉄塔や木造塔の大部分が一斉に解体された1955年に廃止された。
木製の受信塔はすべて解体されたが、鉄製の送信塔の一部は残っている。残っている塔はさまざまな新しい用途に使われており、場合によっては現在、イングリッシュ・ヘリテージの命令により指定建造物として保護されている。[ 69 ]高さ360フィート（110メートル）の送信塔の1つが、エセックス州グレート・バドゥにあるBAEシステムズの施設、旧マルコーニ研究センターの敷地にある。元々はエセックス州のRAFカニュードンにあったが、1956年にグレート・バドゥに移設された。これは、50フィート、200フィート、360フィートに片持ち式プラットフォームを備えた、元の未改造の形で残っている唯一のチェーンホーム塔であり、2019年にグレードII指定建造物に指定された。[ 70 ]ケント州のスウィンゲート送信局（元々はAMES 04ドーバー）には、マイクロ波中継に使用されているオリジナルの塔が2基（2010年までは3基）ある。これらの塔は1970年代にプラットフォームを失った。リンカンシャーにあるRAFステニゴット基地には、最上部のプラットフォームこそないものの、ほぼ完全な状態の塔がもう1つあり、空中作業員の訓練に使用されている。
現在も軍事レーダー基地として使用されている唯一のオリジナルのチェーンホーム基地は、ノースヨークシャーのRRHスタクストンウォルドである。ただし、1964年にROTORの後継システムであるラインズマン/メディエーターシステムへの改修のため、1937年の設備は完全に撤去・改築されたため、当時の遺構は残っていない。
高さ240フィートの木造受信塔は、イギリスでこれまでに建てられた木造建築物の中で最も高いものの一つでした。これらの木造塔のうち2基は、1955年当時もヘイズキャッスル・クロスに建っていました。[ 71 ]ここに掲載されている送信塔とは異なり、ヘイズキャッスル・クロスの塔は支線で支えられていました。ストーク・ホーリー・クロスの木造受信塔は1960年に解体されました。 [ 72 ] 1970年代か1980年代にウィルトシャーのRAFブレイクヒル・ファームに建っていた木造塔は、チェーンホームの生き残りだった可能性があります。 [ 73 ]
ウィルキンスは後に、1977年のBBCテレビシリーズ『秘密戦争』のエピソード「百マイル先を見る」で、ダヴェントリー実験を再現した。
チェーンホームレーダー施設は通常、2 つのサイトで構成されていました。1 つの施設には送信塔と関連構造物があり、2 番目の施設は通常、数百メートル離れた場所にあり、受信マストと受信機器ブロックがあり、オペレーター (主に WAAF、女性補助空軍) が作業していました。[ 74 ] CH システムは、現代の用語では「バイスタティック レーダー」ですが、現代の例は通常、送信機と受信機がはるかに離れた場所にあります。
送信アンテナは、高さ360 フィート (110 m)の 4 本の鋼鉄製の塔で構成され、約180 フィート (55 m)間隔で一直線に並べられていた。塔には、地上 50 フィート、200 フィート、350 フィートの高さに 3 つの大きなプラットフォームが設置されていた。600 オームの送信ケーブルが最上段のプラットフォームからプラットフォームの両側の地面 (端の塔の内側のみ) に吊り下げられていた。これらの垂直給電ケーブルの間には、アンテナ本体、すなわち 8 つの半波長ダイポールが垂直ケーブル間に張られ、半波長間隔で配置されていた。半波長間隔のため、ケーブルアレイ全体が同相になるように、交互に両側から給電されていた。各ダイポールの後ろには、0.18 波長後方に受動反射線が配置されていた。[ 74 ]
結果として得られたカーテンアレイアンテナは、タワーのラインに垂直な方向に強く前方に向けられた水平偏波信号を生成した。この方向は「射線」として知られ、一般的には水面上に向けられていた。放送パターンは、おおよそ扇形の領域で約100度の範囲をカバーし、反射板のおかげで後方には小さなサイドローブがあり、側面にはさらに小さなサイドローブがあった。信号が地面で反射すると、1/2波長の位相変化を起こし、直接信号と干渉した。その結果、地面から1度の高さから垂直まで、幅約5度の垂直に積み重なった一連のローブができた。このシステムは後に、同様の方法で配線された4つの追加アンテナを地面近くに追加することで拡張された。[ 74 ]
受信機は、正方形の四隅に配置された高さ240 フィート (73 m)の木製タワー4 基からなるアドコック アレイで構成されていた。各タワーには、地上 45 フィート、95 フィート、215 フィートにそれぞれ 3 組 (当初は 2 組) の受信アンテナが設置されていた。送信機スタックの平均高さは 215 フィートであったため[ 74 ] 、最上部のアンテナは送信と同じ高さに配置され、受信パターンが送信パターンと同一になるようにした。モーター駆動の機械式スイッチにより、オペレーターはどのアンテナをアクティブにするかを選択できた。4 基のタワーそれぞれで選択されたアンテナの出力は、単一の無線ゴニオメータシステム (ワット自身のハフダフ方式ではない) に送られた。アンテナを XY ペアで接続することで水平方向を測定でき、上部と下部のアンテナを接続することで同じゴニオメータを使用して垂直方向を測定できた。[ 75 ]
物理的な配置計画は「東海岸」[ 76 ]または「西海岸」[ 77 ]の2種類が使用された。西海岸のサイトでは、受信用の木製タワーはそのまま残したが、鉄格子塔はよりシンプルな支線付きマストに置き換えられた。東海岸のサイトでは、送信機と受信機のブロックは土塁と防爆壁で保護されており、さらに120 フィートのアンテナマストが取り付けられた小さな掩蔽壕内に予備の送信機と受信機が別々に設置されていた。これらの予備は、それぞれの送信機/受信機サイトのすぐ近くにあり、多くの場合、隣接する畑にあった。西海岸のサイトでは、保護のためにサイトを分散させ、送信機と受信機の建物全体を複製した。
運用は、T.3026型送信機がタワー横の小屋から送信アンテナに無線エネルギーのパルスを送ることから始まった。各局にはT.3026が2台あり、1台は稼働中で、もう1台は待機中だった。信号はアンテナの前方の空間を満たし、エリア全体に広がった。複数のアンテナを重ねて送信したため、信号は送信線に沿って最も強く、両側で弱まった。 送信線の両側約50度の領域には、検出が実用的となるのに十分なエネルギーが満たされていた。[ 74 ]
タイプ T.3026 送信機は、ラグビーの BBC 送信機で使用された設計に基づいて、メトロポリタン・ヴィッカース社によって提供されました。[ 78 ]この設計のユニークな特徴は、「取り外し可能」な真空管で、サービスのために開けることができ、使用中は継続的な排気のためにオイル拡散真空ポンプに接続する必要がありました。真空管は 20 MHz から 55 MHz の間の 4 つの選択された周波数のいずれかで動作でき 、15 秒で別の周波数に切り替わりました。短い信号パルスを生成するために、送信機はハートレー発振器から一対の四極管増幅管に給電する構成になっていました。四極管は、タイミング回路に接続された一対の水銀蒸気サイラトロンによってオン/オフが切り替えられ、タイミング回路の出力は四極管の制御グリッドとスクリーングリッドを正にバイアスし、バイアス信号は通常オフの状態を維持しました。[ 79 ]
放送局は、扇形の放送パターンがわずかに重なり合うように配置され、放送局間の隙間を埋めていました。しかし、放送を制御するタイマーがドリフトし、ある放送局の放送が他の放送局でも見られるようになることがわかり、「ランニングラビット」として知られる現象が発生しました。[ 74 ]これを回避するために、全国で利用可能な便利な位相ロックされた50Hz信号を提供するために、ナショナルグリッド からの電力が使用されました。各CH放送局には、グリッド波形の異なるポイントでトリガーされる位相シフト変圧器が装備されていました。変圧器の出力は、変圧器からの出力に位相ロックされた25Hzの鋭いパルスを生成するDippy発振器 に供給されました。ロックは「ソフト」であったため、グリッドの位相または周波数の短期的な変動はフィルタリングされました。[ 80 ]
電離層反射が強い時、特に夜間には、受信機が一度反射した後に地表からの反射を捉える可能性があった。この問題を解決するために、後にシステムには12.5 ppsの第2のパルス繰り返し周波数が設けられ、次の受信期間中に反射が観測されるには、反射が6,000マイル（9,700 km） 以上離れた場所から来る必要があることがわかった。[ 74 ]
送信トリガー信号の出力は、放送信号をトリガーするだけでなく、受信機小屋にも送られました。そこで、この信号はタイムベースジェネレーターに入力され、CRTディスプレイのX軸偏向板を駆動しました。これにより、送信が完了した瞬間に管内の電子ビームが左から右へ動き始めました。パルスの減衰が遅いため、送信された信号の一部がディスプレイに受信されました。この信号は非常に強力で、ターゲットからの反射信号を圧倒したため、約5マイル（8.0 km）より近い物体はディスプレイに表示されませんでした。この期間をこのレベルまで短縮するには、受信機を手動で調整し、デカップリングコンデンサと電源のインピーダンスを選択する必要がありました。[ 81 ]
AC Cossorが TRE 設計に基づいて構築した受信システムは、多段スーパーヘテロダイン方式でした。受信タワー上の選択されたアンテナからの信号は、ラジオゴニオメータを通過し、3 段アンプに入力されました。各段は、段間の干渉を避けるために金属製のスクリーンボックスに収められていました。各段は、特殊な低ノイズの「アラインド グリッド」五極管である EF8 を使用したクラス B アンプ構成でした。 [ g ]最初のアンプの出力は、中間周波数ミキサーに送られ、コンソールのスイッチで選択した 500、200、または 50 kHz のユーザーが選択可能な量の信号を抽出しました。最初の設定では信号の大部分が通過し、ほとんどの場合に使用されました。他の設定は干渉を遮断するために使用できましたが、信号の一部も遮断するため、システム全体の感度が低下しました。[ 81 ]
ミキサーの出力は、特別に設計された高品質の CRT の Y 軸偏向板に送られました。[ 83 ]文献では十分に説明されていない理由により、信号が増加するにつれてビームが下向きに偏向するように配置されていました。[ h ]タイムベースジェネレータからの X 軸信号と組み合わせると、遠方の物体から受信したエコーにより、ディスプレイ上に点滅が発生しました。点滅の中心点をディスプレイ上部の機械式スケールと比較することで、ターゲットまでの距離を決定できました。この測定は後に、キャリブレータユニットまたはストロボの追加によって補助され、ディスプレイ上に10 マイル (16 km)ごとに鋭い点滅が追加されました。 [ 84 ]マーカーはタイムベースと同じ電子信号から供給されていたため、常に適切に校正されていました。
特定のブリップの空間上の位置を決定することは、複雑な多段階プロセスでした。まず、オペレーターはモーター駆動スイッチを使用して受信アンテナのセットを選択し、受信システムに信号を送ります。アンテナはペアで接続され、それぞれ主にX軸とY軸に沿って感度を持つ2つの指向性アンテナを形成します。Y軸は射撃方向です。次に、オペレーターは選択したブリップがこのディスプレイ上で最小偏向（または90度ずれた最大偏向）に達するまで、「ゴニオを振る」または「ハント」します。オペレーターはスケールに対して距離を測定し、選択したターゲットまでの距離と方位をプロッターに伝えます。次に、オペレーターはディスプレイ上の別のブリップを選択し、このプロセスを繰り返します。異なる高度のターゲットの場合、オペレーターは信号を最大化するために異なるアンテナを試す必要があるかもしれません。[ 85 ]
レーダー操作員から極座標のセットを受け取ると、プロッターの任務は、それらを地図上のX座標とY座標に変換することでした。彼らには、将来の参照のために保管できるよう、軽量紙に印刷された運用エリアの大きな地図が提供されました。地図上のレーダーの位置を中心とする回転定規が上部に固定されていたため、操作員が角度を指示すると、プロッターは定規をその角度に回転させ、定規に沿って距離を読み取り、点をプロットしました。操作員から指示される距離は、視線距離、つまり斜距離であり、地上から基地までの距離ではありません。地上の実際の位置を計算するには、高度も測定する必要があり（下記参照）、その後、簡単な三角法を使用して計算しました。この計算ステップを支援するために、さまざまな計算機や補助具が使用されました。
プロッターが作動すると、目標は時間とともに更新され、目標の移動方向、つまり軌跡を示す一連のマーク、つまりプロットが表示される。地図の周りに立っている軌跡係は、この情報を電話でRAFベントレー・プライオリーのフィルター室に伝え、そこで専任の電話交換手がその情報をはるかに大きな地図上のプロッターに伝達した。このようにして、複数のステーションからの報告が単一の全体像として再構成された。[ 86 ]
ステーション間の受信パターンの違い、および単一のステーションであっても異なる方向からの受信信号の違いにより、報告された位置は目標の実際の位置からさまざまな程度で異なっていた。2つの異なるステーションから報告された同じ目標が、フィルタ室のプロット上で非常に異なる位置に表示されることがあった。フィルタ室の役割は、これらが実際には同じプロットであることを認識し、それらを1つのトラックに再結合することであった。それ以降、各トラックは番号で識別され、その番号は将来のすべての通信に使用された。最初に報告されたトラックには「X」の接頭辞が付けられ、識別されると敵の場合は「H」、友軍の場合は「F」が付けられた。[ 84 ] [ i ]このデータは電話網を介してグループおよびセクション本部に送信され、そこで戦闘機のローカル制御のためにプロットが再び作成された。
このデータは、イギリス海軍、陸軍の対空砲陣地、イギリス空軍の阻塞気球作戦など、他の防衛部隊にも伝達された。また、主に防空対策部門をはじめとする民間当局との包括的な連携も行われた。
受信アンテナの配置により、感度領域には複数のサイドローブが存在し、複数の垂直角度で受信が可能でした。通常、オペレーターは地平線が最もよく見える215フィート（66メートル）の高さにある上側のアンテナセットを使用しました。地面からの半波長干渉により、このアンテナからの主ローブは水平面から約2.5度上方に向けられ、感度領域は約1～3度に広がっていました。地上では利得がゼロであったため、航空機は低高度を飛行することで探知を逃れることができました。第2ローブは約6～12度に広がり、以下同様でした。これにより、約5.2度を中心とする受信パターンに明確なギャップが生じました。
この受信パターンにより、CHは目標の高度を比較的正確に推定することができた。そのためには、受信機小屋にある電動スイッチを使って4本の受信マストを切り離し、代わりに1本のマスト上の2本の垂直方向に配置されたアンテナを選択した。これを電波測角計に接続すると、ディスプレイ上の出力は、水平面におけるX軸とY軸の相対的な信号強度ではなく、2つのローブの相対的な信号強度によって影響を受けるようになった。オペレーターは以前と同様に電波測角計を振り回して受信のピークまたは最小値を探し、その角度を記録した。
オペレーターが報告した数値は、目標までの視線距離、つまり斜距離であり、水平距離と高度の両方の要素を含んでいた。これを地上の実際の距離に変換するために、プロッターは直角三角形の基本的な三角法を使用した。斜距離は斜辺であり、開角は電波測距儀による測定値であった。底辺と対辺を計算することで、距離と高度が明らかになった。重要な補正は地球の曲率であり、CHが作業する距離ではこれが顕著になった。計算が完了すると、距離を適切にプロットすることができ、目標のグリッドマスが明らかになり、それが上層部に報告された。
目標が遠距離で最初に検出された場合、信号は第2ローブに十分な反射をもたらさず、高度測定を行うことができませんでした。高度測定が可能になったのは、航空機が基地に接近してからでした。最終的に、目標が第2ローブの中心に位置するようになると、この問題は再び発生し、その後も同様のことが繰り返されました。さらに、第1ローブと第2ローブ、あるいは第2ローブと第3ローブの間で比較される信号の違いを判別することができなかったため、近距離では多少の曖昧さが生じました。しかし、高度は実際にはかなり前に決定されていたため、これは大きな問題にはなりませんでした。
このパターンでは、両方のローブで受信感度が非常に低い角度がいくつか残っていました。この問題を解決するため、45フィート（14メートル）の高さに2組目の受信アンテナを設置しました。低い方のアンテナを使用すると、パターンが上方にシフトし、「ギャップ」部分で強力な受信が可能になりましたが、角度が高くなるため長距離受信は低下しました。
CHオペレーターのもう1つの重要な機能は、攻撃に参加している航空機の数と種類を推定することだった。全体の規模の大まかなレベルは、反射波の強度によって判断できた。しかし、合成エコーの「ビート」レート、つまりアンテナ受信パターンの異なるセクションに入ると時間の経過とともにどのように増減するかを観察することで、はるかに正確な判断が可能になった。これを補助するために、オペレーターはプッシュボタンでパルス長を6マイクロ秒（20マイクロ秒から）に短縮できた。これにより、距離分解能が向上し、ディスプレイ上の点滅が広がるが、反射エネルギーは低下した。[ 87 ]
襲撃の評価は主に後天的に習得されるスキルであり、オペレーターの経験とともに向上し続けた。測定テストでは、熟練したオペレーターは現在の信号対雑音比よりも低いリターンでターゲットを識別できるほど習得されたスキルが非常に優れていることが実験者によって発見された。これがどのように達成されたかは当時大きな謎であった。オペレーターは信号よりも大きなノイズ中のブリップを見つけていた。現在ではこれは確率共鳴の一種であると考えられている。[ 87 ]
CH局の運用は多くの人員を必要とするもので、送信小屋にオペレーター1名、受信小屋にオペレーターとアシスタント1名、さらに受信小屋にはプロッター、計算機、電話システムを操作するアシスタントが最大6名も必要だった。24時間体制のサービスを提供するためには、複数のクルーに加え、多数のサービスおよびサポート要員が必要だった。さらに、ダウディング・システム階層の各レベルに同数のWAAF（女性補助空軍）が必要となるため、人員数は報告階層によってさらに増加した。
目標の角度をプロットすることは、ゴニオの読み取り値を取得し、回転定規をその値に設定するという簡単なプロセスでした。問題は、その定規上のどこに目標があるかを決定することでした。レーダーは、地上からの距離ではなく、目標までの斜距離直線距離を測定していました。その距離は目標の高度の影響を受け、高度はやや時間のかかる高度測定によって決定する必要がありました。さらに、その高度は、地球の曲率による距離、および局所的な環境の不完全性によって影響を受け、目標の角度に応じてローブの測定値が異なっていました。[ 84 ]
必要な人員のかなりの部分が計算と作図に費やされていたため、可能な限り自動化することで大幅な削減が可能でした。これはさまざまな機械補助装置の使用から始まり、最終的にはある程度複雑な電気機械式アナログコンピュータであるフルーツマシンに置き換えられました。 [ 84 ]これは、これらのデバイスとテーブルをすべて電気形式で再現しました。ゴニオダイヤルに電気リピーター、またはシンクロが追加されました。距離を測定するために、機械マーカーをディスプレイ上の選択された点に移動させる新しいダイヤルが追加されました。特定のターゲットが正しく選択されると、オペレーターはボタンを押してフルーツマシンを起動し、フルーツマシンはこれらの入力を読み取りました。入力に加えて、フルーツマシンには、校正飛行によって測定され、電話ユニセレクタにマシンに保存された角度と高度の両方のローカル補正のシリーズもありました。これらの補正は計算に自動的に追加され、これらの数値をテーブルから検索する時間のかかる作業が不要になりました。出力は高度であり、それによってプロッターは目標までの適切な地上距離を決定することができた。[ 87 ]
後のバージョンのフルーツマシンは、手動操作なしで航空機の位置を直接出力するようにアップグレードされました。オペレーターは、設定をマシンに送信するのと同じボタンを使用してシステムをトリガーするだけで、出力がチャート上のT定規のようなインジケーターを駆動するために使用され、オペレーターは計算された位置を直接読み取ることができました。これにより、ステーションに必要な人数が減り、ステーションをよりコンパクトな形態に再編成することができました。オペレーターはもはやプロッターに読み取り値を呼び出す必要がなくなり、結果が正しいかどうかを確認するためにプロッティングテーブルのすぐ横に座り、テラーはプロットを見てエリアプロッティングルームに呼び出すことができました。さらなるアップグレードにより、データは電話回線を介してローカルプロッティングルームに自動的に送信できるようになり、必要な人員がさらに削減されました。[ 84 ]
1939年5月から8月にかけて、LZ130グラーフ・ツェッペリンIIは、ポーツマスからスカパ・フローにかけて建設されていた高さ100メートルの無線塔を調査するため、イギリスの北海沿岸を飛行した。LZ130は一連の放射測定テストを実施し、写真を撮影した。ドイツの情報源によると、12 メートルのチェーンホーム信号が検出され、レーダーであると疑われたが、主任調査官は疑念を立証できなかった。[ 88 ]他の情報源は異なる結果を報告していると言われている。[ j ]
フランス戦役中、ドイツ軍は 西部戦線で12メートルパルス信号を観測したが、その発信源と目的を認識できなかった。1940年6月中旬、ドイツ航空研究所（DVL）はフォン・ハンデル教授の指揮の下、特別グループを編成し、信号がイギリス海峡沿岸の施設から発信されていることを突き止めた。[ 89 ]
彼らの疑念は、ダンケルクの戦いの後、イギリス軍がノルマンディーの移動式砲撃レーダー（GL Mk. I）基地を放棄せざるを得なくなったことで、ついに証明された。ヴォルフガング・マルティーニ率いる専門家チームは、このシステムの運用方法を解明することができた。GLは効果が限定的な粗雑なシステムであり、そのためドイツ軍はイギリスのレーダーシステムを軽視するようになった。しかし、効果的なシステムにはレーダーだけでなく、測位と報告も同様に重要であり、この部分は「チェーンホーム」で完全に開発された。ドイツ軍がシステム全体の価値を認識できなかったことは、戦争中の彼らの大きな失敗の一つとして指摘されている。
イギリス側は、ドイツ側がこのシステムの目的を解明し、妨害を試みるだろうと認識しており、最初の放送局が建設されている段階から、こうした問題に対処するための様々な機能や方法を設計に組み込んでいた。その中でも最も明白なのが、CHが複数の周波数で運用できる機能である。これは、各放送局が運用周波数における連続放送による干渉を回避できるようにするために追加された機能である。さらに、干渉除去装置（IFRU）によって、増幅器の中間段の出力をクリップすることが可能になり、受信機を放送局自身の信号に微調整し、広帯域信号の除去に役立てることができた。
より複雑なシステムは、CHディスプレイに組み込まれており、同期していない妨害パルスからの不要な信号を除去するために実装されていました。これは、CRTスクリーン内の2層の蛍光体で構成されており、下層には反応の速い硫化亜鉛層、上層には反応速度の遅い「残光」の硫化亜鉛カドミウム層がありました。通常動作時には、硫化亜鉛からの明るい青色の信号が見え、その信号が黄色の硫化亜鉛カドミウム層を活性化させ、「平均化された」信号が黄色で表示されました。妨害パルスを除去するために、ディスプレイの前に黄色のプラスチックシートが置かれ、青色の表示が見えなくなり、より暗い黄色の平均化された信号が表示されるようになりました。これが、第二次世界大戦から1960年代にかけての多くのレーダーに黄色のディスプレイが採用されていた理由です。
別の方法としては、複数のCH局からの距離のみの測定値を用いて個々の目標の位置を特定する「チャップマン方式」があった。この方式では、電話回線を通して遠方のCH局からY軸信号を受信する2つ目の表示装置が設置される予定だった。こうすることで、オペレーターは2つの信号を直接比較でき、音声で情報が送信される場合の遅延を解消できる。しかし、このシステムは実際に必要となることはなかった。
ドイツ軍が最初に妨害を試みた際、予想よりもはるかに巧妙な方法で行われた。各局の送信が相互干渉を避けるために時間的に分散されているという観察が利用された。[ 90 ]選択されたCH局のタイムスロットに偽の広帯域パルスを送り返すシステムが設計された。CHオペレーターは、タイムスロットをわずかに変更するだけでこの信号を回避できるため、妨害は受信されなかった。これにより、局の信号が別の局のタイムスロットと重なり始め、その局も同じ対策を試み、ネットワーク内の別の局に影響を与え、それが繰り返された。
1940年7月からフランス各地に一連の妨害装置が設置され、すぐにカレーの単一ステーションに集中し、しばらくの間CHに影響を与えた。しかし、これらの試みのタイミングは極めて軽率だった。イギリスはすぐにこの妨害に対抗する運用方法を開発し、7月10日のバトル・オブ・ブリテン開始までに妨害の影響を効果的に排除した。ドイツはより高度な妨害システムの開発を進めていたが、9月まで運用準備は整わなかった。このため、CHシステムはバトル・オブ・ブリテンを通して妨害を受けることなく運用でき、広く知られる成功につながった。[ 90 ]
7月に戦闘が始まった時点で、ドイツ空軍の作戦部隊はCHレーダーの存在を十分に認識しており、DVL（ドイツ航空レーダー）から、雲の中でも探知されずに済むとは期待できないと警告を受けていた。こうした警告にもかかわらず、ドイツ空軍はこの問題にほとんど対処せず、この問題全体をある程度軽視していた。ドイツ空軍のレーダーは多くの点でCHレーダーよりも優れていたが、その有用性は限定的であることが証明されていた。1939年のヘリゴラント湾航空戦では、ドイツのフレイヤレーダーが目標から1時間も離れた地点で空襲を探知したが、迎撃可能な戦闘機部隊にその情報を伝える手段がなかった。レーダーからの情報をパイロットに役立つ形で伝えることは困難な問題であるように思われ、ドイツ軍はイギリス軍も同様に困難を抱えるだろうと考え、レーダーは実際にはほとんど効果がないだろうと考えた。
特に戦闘の初期段階では、CH基地への攻撃に散発的な努力が注がれた。イギリスの技術者たちはこれらの部隊を迅速に復帰させることができたが、場合によってはドイツ軍を欺いて攻撃が失敗したと思わせるために、復帰したふりをするだけだった。これらの攻撃のパターンが明らかになるにつれて、RAFはますます効果的に対抗し始めた。ユンカース Ju 87急降下爆撃機は壊滅的な損失を被り、戦闘から撤退せざるを得なかった。ドイツ軍は、合理的な規模でCHを直接攻撃しようとする試みを諦めた。[ 90 ]
こうして、CHは戦闘中、ほぼ妨害を受けることなく作戦行動を続けることができた。確かに通信は深刻な問題であったが、まさにこの問題に対処するために、ダウディング・システムが多額の費用をかけて構築されたのである。その結果、イギリスの戦闘機はドイツの戦闘機に比べてほぼ2倍、あるいはそれ以上の有効性を発揮した。一部の空襲では、出撃した戦闘機の100%が目標を攻撃することに成功した一方、ドイツ軍機は半数以上が敵機を目にすることなく帰還した。チャーチルがCHの功績をこの戦いの勝利に帰したのは、まさにこのためである。
2つ目の妨害システムは、最終的に9月にグリ・ネ岬で稼働を開始した。このシステムは、CHからのパルスを受信すると信号を発する仕組みになっていた。つまり、CH局が放送時間を変更しても、システムはCH局の信号に反応することができた。ガルミッシュ＝パルテンキルヒェンと呼ばれるこれらのシステムは、1941年のドナーカイル作戦で使用された。基本概念のさらなる改良により、複数の応答信号を生成することが可能になり、CHのディスプレイ上では複数の航空機のように見えるようになった。
これらの新型妨害装置は比較的高度なものであったが、CHのオペレーターは自局の送信機のパルス繰り返し周波数（PRF）を定期的に変更することで、迅速に対応した。これにより、同期された妨害信号は一時的に自局の信号と同期がずれ、妨害装置からの信号が画面上で「ジッター」を起こし、視覚的に識別できるようになった。「意図的ジッター妨害対策装置」（IJAJ）はこれを自動的かつランダムに実行したため、ドイツの妨害装置がこれらの変更に追従することは不可能だった。
別の改良により、同期していないパルスを排除できるようになり、2層表示方式に取って代わった。この「妨害電波遮断装置」（AJBO）は、Y軸信号を遅延回路に通し、その後CRTの輝度制御に送った。現れては消える短いパルスは抑制され、表示から消えた。妨害電波の低減とノイズ除去の両方に音響遅延線を用いる同様の技術は、戦時中、多くのレーダー装置で一般的になった。
ドイツ軍はCHを独自のパッシブレーダーシステム、クライン・ハイデルベルクにも利用した。これはCHの送信を発信源とし、英仏海峡沿岸のアンテナ群を受信機として使用した。選択した航空機からの信号の到着時間を比較することで、その距離と方向をある程度の精度で特定することができた。このシステムは独自の信号を発信しなかったため、連合軍は1944年に基地を制圧するまでその存在に気づかなかった。基地のほとんどは制圧された時点で建設されたばかりだった。[ 91 ]
現代の文献では、チェーンホームは「深刻な欠点のある行き止まりの技術」として軽視されることが多い。[ 92 ]
多くの点で、CHは理論上も同時代の他のシステムと比較しても、粗雑なシステムだった。これは特に、ドイツの同等システムであるFreyaと比較した場合に顕著である。Freyaは2.5～2.3m （120～130MHz ）帯というより短い波長で動作し、はるかに小型のアンテナから送信することができた。つまり、FreyaはCHのように投光器のような2部構成の送信方式を採用する必要がなく、代わりにサーチライトのように信号をより絞り込んだビームで送信することができた。送信する体積がはるかに小さくなったため、送信に必要なエネルギー量が大幅に削減された。方向探知はアンテナを回転させるだけで簡単に行えたが、アンテナが小型だったため、比較的容易に調整できた。さらに、信号の周波数が高かったため、解像度が高くなり、運用効率が向上した。しかし、Freyaの最大到達距離は100マイル（160km ）と短く、高度を正確に測定することはできなかった。
CHは、可能な限り市販の部品を使用するように意図的に設計されたことを覚えておく必要がある。受信機だけが真に新しいもので、送信機は市販のシステムを流用したもので、これがシステムが長い波長を使用する主な理由である。CH局は、高周波とVHF帯の 境界領域である30MHzの20～50MHzで動作するように設計されていたが、典型的な動作は20～30MHz （HF帯の上限）、つまり約12mの波長（25MHz）であった。[ 93 ]検出範囲は通常120マイル（190km 、100海里）であったが、さらに改善できる可能性があった。[ 94 ]
使用上の主な制約は、Chain Home が固定式で回転しないシステムであったため、目標が上空を通過した後は、送信アークの 60 度の範囲を超えて、またはその後方を見ることができなかったことです。そのため、地上での攻撃計画は、主に観測隊 (1941 年 4 月以降は王立観測隊として知られる) の地上観測員に委ねられていました。地上からの観測は日中は許容範囲でしたが、夜間や視界不良の状況では役に立ちませんでした。この問題は、360 度の追跡と高度測定機能を備えたより高度な監視レーダーの導入、そしてより重要なことに、Chain Home と並行して 1936 年以降開発された空中迎撃レーダー (AI) [ 95 ]を搭載した航空機の導入によって軽減されました。この新しい機器は、1940 年後半にブリストル ブレンハイム、ブリストル ボーファイター、ボルトン ポール デファイアント航空機に搭載されて登場し始めました。
CHシステムが配備される一方で、より新しい設計によるさまざまな実験が行われていた。1941年までに波長1.5mのタイプ7地上管制迎撃レーダー（GCI）[ 96 ] が生産に入り、1942年には広く運用されるようになった。[ 97 ]
この時期のレーダーサイトの配置は、1936年から1945年にかけての技術の急速な発展と運用上の要求の変化により複雑化している。1945年までに、英国には100以上のレーダーサイトが存在した。戦後のROTORの主要な目的の一つは、戦時中に「必要に応じて」急速に拡大した扱いにくいネットワークを合理化し、管理することであった。
個々のサイトは以下のとおりです。
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