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Gee-H （GHまたはGEE-Hと表記されることもある）は、第二次世界大戦中にイギリスがイギリス空軍爆撃司令部を支援するために開発した無線航法システムである。この名称は、このシステムが以前のGee機器を使用していたことと、位置特定に「H原理」または「ツインレンジ原理」を使用していたことに由来している。[1]正式名称はAMESタイプ100であった。
Gee-H は、同様の仕組みで機能するOboe爆撃システムに取って代わるために使用されました。爆撃機は無線局までの距離を測定して一定距離を保つことで、空中で弧を描くように飛行できます。爆弾は、2 番目の局から一定距離に達したときに投下されます。Oboe と Gee-H の主な違いは、機器の位置です。Oboe は、地上局の大型ディスプレイを使用して非常に正確な測定を行いましたが、一度に 1 機の航空機しか誘導できませんでした。Gee-H は航空機にはるかに小型のシステムを使用し、精度はやや劣るものの、一度に 80 機もの航空機を誘導できました。
Gee-H は 1943 年 10 月に運用が開始され、 11 月 1 日の夜にデュッセルドルフのマンネスマン製鉄所に対して初めて効果的に使用されました。このとき、約半数の爆弾が故障し、工場を爆撃できたのは 15 機のみでした。Gee-H は戦争中ずっと使用され続けましたが、ドイツ軍によるかなりの妨害を受けました。また、戦後はイングリッシュ エレクトリック キャンベラなどの RAF 航空機の標準装備として残りました。Gee-H はRCAによって精度が向上し、米国の戦時中のSHORANシステムに採用されました。同じ基本概念が、民間のDMEシステムとして今日でも広く使用されています。
開発の歴史
距離測定ナビゲーション
2D空間で自分の位置を特定するには、角度または距離の2つの測定、つまり2つの角度測定、2つの距離測定、または1つの角度と1つの距離が必要です。初期の無線ナビゲーションは、通常、無線方向探知機を使用して2つの角度測定を行うことに基づいていましたが、これらの精度は数度までしかなく、精度は数十マイル程度でした。距離ベースのシステムの開発は、無線信号の正確な時間測定が可能になるまで待たなければなりませんでした。これは、レーダーの開発の結果として実現しました。[2]
ドイツ空軍は、 1941年にY-Gerätシステムで距離測定無線航法システムの先駆者となった。Y -Gerätは、クニッケバインのようなビームを使用して爆撃機を正しい方向に誘導し、機内に搭載されたトランスポンダーを使用して距離を測定した。地上局から定期的に特別な信号が送信され、受信すると、トランスポンダーは一定の遅延の後に応答パルスを送信する。地上のオペレーターはオシロスコープを使用して放送と受信の間の時間を測定し、従来のレーダーシステムと同様の方法で距離を推定した。その後、オペレーターはこの情報を音声で爆撃機に無線送信し、爆弾投下時期を指示した。[3]
ビーム型航法システムの欠点は、ビームを完璧に焦点を合わせることができず、実際には扇形になり、放送局からの距離が離れるにつれて幅が広がり、距離とともに精度が低下することである。[4]距離の測定は機器の精度にのみ依存し、距離とは無関係である。つまり、その精度は測定値の一定の割合であり、距離に比例する。2つの測定値を使用して位置を特定することは可能であるが、そのようなシステムは、航空機が移動している間に2回の距離測定を素早く連続して行う必要があるため、一般的に使用が難しい。[5]
オーボエ
航空省はオーボエとして知られる距離測定システムを開発し、 1941年後半に初めて開拓部隊に導入され、1942年に実験的に使用された。オーボエは、一度に1つだけを使用することで、2つの距離測定に伴う問題を回避した。ミッションの前に、オーボエステーションの1つからターゲットまでの距離が測定され、その半径の円弧が従来の航海図に描かれた。たとえば、デュッセルドルフのターゲットへの攻撃の場合、ヴァルマー近くのオーボエステーションとターゲットの間の距離は約235マイル（378 km）であり、ステーションの周囲にデュッセルドルフを通過する半径235マイル（378 km）の円弧が描かれる。[6]ここで、投下される爆弾の「範囲」、つまり爆弾が投下された地点とそれが命中した地点の間の距離が計算される。高度約20,000フィート（6,100メートル）のミッションの場合、デ・ハビランド・モスキートのような高速航空機の射程距離は通常1.5マイル（2.4キロメートル）程度です。計画者は、目標に命中するために爆弾を投下する必要がある弧上の場所を計算します。地上で行われるこの計算は、風、大気圧、さらには半径235マイル（378キロメートル）の曲線をたどる航空機によって発生するわずかな遠心力を考慮する必要があるため、必要なだけ時間がかかる可能性があります。[6]
出撃中、爆撃機の乗組員は推測航法を含むあらゆる航法手段を使って弧の端まで飛行する。その地点に近づくとトランスポンダーがオンになり、オーボエ局が距離を測定する。この「キャット」局は、点または点の音声周波数無線信号を送信し、パイロットが正しい距離に経路を調整できるようにし、送信は一定の音、つまり「等信号」になる。[6]オペレーターは航空機の位置を監視し、必要に応じて修正信号を送信して、パイロットが弧に沿って経路を調整できるようにした。
2番目のステーションも爆撃機までの距離を測定する。このステーションは、以前に計算された爆弾の射程距離値を備えており、これを使用して、爆弾を投下する地点でのステーションと爆撃機との距離を計算していた。このマウスステーションは、爆撃機が投下地点に近づいているのを見ると、モールス信号を送信してパイロットに投下地点が近づいていることを知らせる。適切なタイミングで、別のモールス信号を送信し、自動的に爆弾を投下する。[6]
オーボエの主な制約は、一度に 1 機の航空機しか使用できないことであった。爆撃機が弧を描くまで約 10 分かかるため、この遅延により、このシステムは航空機を次々に投入して大規模な襲撃を行うことができなかった。オーボエは先導部隊の目標マーキング航空機を誘導するために使用され、主力爆撃機にどのような天候でも正確な照準点を与えた。オーボエは、1 機または少数の航空機が次々に投下して精密目標を攻撃するために使用されることもあった。テストでは、オーボエは天候の良い日中、光学爆撃照準器よりも高い精度を示した。[7]
新たなアプローチ
Oboe は 1 機の航空機に制限されていました。これは、地上局が照会するたびに、搭載トランスポンダがパルスを送信するためです。複数の航空機がトランスポンダをオンにすると、地上局は照会ごとに複数の返信パルスを受信するようになり、それらを区別する方法がなくなります。この問題の解決策の 1 つは、各 Oboe 局がわずかに異なる信号を送信するようにすることです。通常は、航空機にブロードキャストする信号のエンベロープを変更します。信号を変更した同様の局を英国周辺に配置して、ドイツ上空の航空機からすべての局を視認できるようにします。トランスポンダをオンにした航空機は、すべての局から信号を受信して再送信します。すべての地上局がすべての信号を受信しますが、固有の信号を探すことで独自の局を選択できます。この変更により、多くの Oboe 局を同時に運用できますが、複数の航空機がトランスポンダをオンにした場合は状況が改善されません。送信機と受信機を入れ替えて、受信機を航空機上に、送信機を地上に設置すると、各航空機が異なる信号パターンを生成することになり、航空機のオペレーターは自分の信号を探し、他の信号を無視することができます。任意の数の航空機が同時に同じ局を使用できます。地上局が信号を迅速に折り返す装備を備え、航空機が頻繁に照会しない限り、複数の航空機が同時に局に照会する可能性は低くなります。これが Gee-H の基本的な概念です。[8]
ジーH
爆撃司令部が運用した最初の無線航法システムはGeeでした。これは地上局から既知のタイミングのパルスを 2 つ送信し、航空機がそれを受信してオシロスコープで読み取るという仕組みでした。送信間のタイミングは固定されておらず、局ごとに異なっていたため、爆撃機の機器にはこれを調整できるシステムがありました。[9]受信機には、調整可能なタイム ベース ジェネレーターを提供するローカル オシレーターがありました。受信機を最初にオンにしたとき、2 つのタイム ベースが同期していなかったため、地上局からのパルスがディスプレイ上を移動しました。次に、オペレーターはパルスが移動しなくなるまでオシレーターを調整しました。これは、ローカル オシレーターが地上局のものと正確に同じパルス周波数になったことを意味します。受信機にはこのタイプのシステムが 2 つあり、オペレーターは 2 つの局から信号を受信し、簡単に比較して同時に測定を行うことができました。[9]
新しい設計を迅速に展開するために、Gee の機器をできるだけ多く使用することが決定されました。Gee にはすでにオシロスコープのディスプレイと受信機ユニットが含まれていたため、必要なのは地上局のトランシーバーをトリガーするブロードキャスターユニットだけでした。これは、爆撃機の既存の受信機と表示装置を使用できるように、Gee と同じ周波数で動作するように設計されました。[5]新しい送信機は、1 秒間に約 100 回のパルスを送信しました。パルスのタイミングは、1 秒間に 100 回からわずかに早められたり遅らせられたりしました。これは、すべての航空機がわずかに異なるタイミングを持つことを意味します。同じ信号は、Gee のディスプレイユニットにも送信され、Gee の手動調整発振器を使用する代わりに、ディスプレイの表面を横切って表示ビームが移動し始めました。このようにして、同じパルス間タイミングを持たない受信信号は、調整がずれた Gee のように、どちらかの方向に動いているように見えます。航空機自身の送信機から発信された信号のみがディスプレイ上で一列に並び、静止したままになります。この意図的なタイミング調整は「ジッタリング」として知られていました。[5]
オリジナルの Gee からの遅延は依然として使用されていました。ナビゲーターはまず、Gee ディスプレイの上部トレースの遅延を、飛行したい円弧の半径と一致する既知の数値に設定します。これにより、ローカル送信機からの「ブリップ」がディスプレイの表面に沿って移動します。受信信号は反転されてディスプレイに送信されます。ナビゲーターは、上部と下部のブリップが揃うまで指示を与えて、パイロットを正しい経路に誘導できます。2 番目のチャンネルでも同じことが行われ、計算された爆弾投下距離に設定されます。爆弾は 1 つのステーションから同じ距離に留まるため、オペレーターは定期的にその距離を確認するだけで済み、アクティブなブリップがタイマー ブリップに向かってディスプレイに沿ってゆっくりと移動し、重なって爆弾が投下されるまで、常に移動する下部トレースを監視します。[10]
トランシーバーがパルスを受信し、応答を送信し、受信状態に戻るまでの時間は、約 100 マイクロ秒でした。パルスのタイミングが 1 秒あたり約 100 の場合、トランシーバーは 1 機の航空機からの信号に応答するために 1 秒あたり 10 ミリ秒ビジー状態になります。これにより、他の航空機に応答できる時間は 990 ミリ秒となり、理論上の容量は 100 機になります。実際には、「ジッター」により、一度に 1 つのステーションを使用できる航空機は 70 機から 80 機程度です。[10]
このシステムには、各航空機がタイミングを選択できるというさらなる利点があり、妨害が困難でした。GeeやY-Gerätなどのほとんどのパルス航法システムでは、同じ周波数で追加のパルスを送信するだけでシステムを妨害し、ディスプレイを乱雑にしてオペレーターが信号を読み取るのを非常に困難にすることが比較的簡単です。イギリス軍はこのテクニックをY-Gerätに対して効果的に使用し、ドイツ軍はGeeに対して同じことをしました。戦争後期までに、Geeは爆撃にはほとんど役に立たなくなり、主にイギリスに戻るときの航法補助として使用されました。[11]
Gee-Hの場合、各航空機は独自のタイミングを持っていた。受信機を妨害するには、妨害装置も同様のタイミングを持たなければならない。1つの信号が数十機の航空機で使用される可能性があるため、わずかに異なる時間に設定された数十の妨害装置が必要になる。また、数十のトランシーバーがあり、多くの未使用のデコイ信号があったため、妨害問題の規模はかなり悪化した。[11] Gee-HシステムはGee機器を使用していたため、質問送信機をオフにすると、通常のGeeユニットに戻った。典型的なミッションでは、このセットは、イギリスを離れて爆撃機隊を編成している間、Geeに使用され、ミッション中はGee-Hに使用され、帰路ではGeeに戻ってその空軍基地を探すために使用される。Geeは地図上で直接読み取ることができるため、一般的なナビゲーションに非常に便利だったが、Gee-Hは実際には1か所へのナビゲーションにしか使用されなかった。[11]
Gee-H の主な欠点は、Gee の機器を使用していたことによる。より高い周波数を使用すれば、よりタイトなエンベロープが可能になり、より正確なタイミング測定が可能になり、精度が向上する。このシステムは測定に Gee の小型オシロスコープを使用していたため、この目的のために特別に開発された 12 インチのオシロスコープを使用していた Oboe ほどの視覚的精度は得られなかった。Gee-H は 300 マイル (480 km) で約 150 ヤード (140 m) の精度を達成したが、Oboe は約 50 ヤード (46 m) まで良好であった。すべての VHF および UHF ベースのシステムと同様に、Gee-H は見通し線からわずかに外れた距離に制限されており、この場合は約 300 マイル (480 km) に制限されていた。[5]
Gee-Hは、オーバーロード作戦中の陽動作戦であるグリマー作戦で使用された。これは、実際の侵攻艦隊が200マイル（320キロ）離れたノルマンディーにいる間に、カレーのドイツ軍の防衛をそらすためのものであった。Gee-Hを搭載した第218飛行隊の爆撃機は、レーダートランスポンダーを搭載した小型船舶の上にウィンドウ（チャフ）を投下しながら、狭い円を描いて低空飛行し、ドイツのレーダーを欺いて、自分たちが主力の侵攻艦隊であると見せかけた。[12]
航空省の指定
- Gee-H Mk. I - 空中無線施設 (ARI) 5525
- ジー-H Mk. II - ARI 5597
- Gee-H Mk. II (熱帯化) - ARI 5696
参照
参考文献
引用
- ^ ターナー＆ロバーツ、16ページ。
- ^ Proc 2012.
- ^ グレッグ・ゲーベル、「ビームの戦い：Y-GERAET」、ウィザード戦争：第二次世界大戦とレーダーの起源、2011年3月1日
- ^ ブラウン1999年、288頁。
- ^ abcd Haigh 1960、250ページ。
- ^ abcd Haigh 1960、257ページ。
- ^ ブラウン1999年、302ページ。
- ^ ヴィッサー2006、65ページ。
- ^ ab Haigh 1960、249ページ。
- ^ Haigh 1960年、251ページより。
- ^ abc Haigh 1960年、252ページ。
- ^ フリーマン・ダイソン、「情報の失敗」爆撃機司令部 OR
文献
- ブラウン、ルイス（1999年）。『第二次世界大戦のレーダー史：技術的および軍事的要請』ブリストル：物理学研究所。ISBN 978-0-7503-0659-1。
- Haigh, JD (1960)。「Gee-H - AMES 100」。無線サービス教科書: 無線位置特定技術。第 VII 巻 (オンライン スキャン版) 。OCLC 504108531。
- Proc, Jerry (2012年10月24日). 「GEEシステム」 . 2022年1月17日閲覧。Blanchard, WF (1991 年 9 月)より引用。「航空航法システム 第 4 章 双曲型空中無線航法支援装置 - 航法士から見たその歴史と発展」。航法ジャーナル44 (3)。ロンドン: 王立航法協会: 285–315。doi : 10.1017 /S0373463300010092。ISSN 0373-4633。S2CID 130079994 。
- Turner, L.; Roberts, A. レーダービーコン。MIT 放射線研究所シリーズ。第 3 巻 (オンラインスキャン版)。マサチューセッツ州レキシントン: Boston Technical Publishers。OCLC 123180755 。
- Visser, Hubregt (2006)。アレイおよびフェーズドアレイアンテナの基礎。ホーボーケン、ニュージャージー州：John Wiley and Sons。ISBN 978-0-470-87118-8。