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Sonne (ドイツ語で「太陽」) は、第二次世界大戦中にドイツで開発された無線航法システムです。Elektraという以前の実験システムから開発されたため、Elektra-sonnenとも呼ばれています。イギリス人がこのシステムを知ると、彼らもそれを「太陽のそば」を意味する Consolという名前で使い始めました。
エレクトラは、1930 年代に米国で使用されていたビームベースの低周波無線レンジ(LFR) の改良版でした。これをさらに改良してゾンネが作られ、信号を電子的に回転させて一連のビームを空に照射するようになりました。信号のタイミングを単純にすることで、ナビゲーターはステーションへの角度を決定できました。このような測定を 2 回行うことで、無線測位ができました。精度と範囲は優れており、1,000 マイル (1,600 km) の範囲で約 1/4 度の測位が可能でした。
ゾンネは非常に有用であったため、イギリス軍でも広く使用され、戦後はイギリス軍が運用を引き継ぎました。このシステムはコンソルという名前で長距離航法に使用され、ICAOによって長距離航空航法システムの提案の 1 つとしてサポートされました。その後 20 年間で、世界中に新しい局が建設されました。このシステムは 1990 年代まで部分的に使用され続け、ノルウェーの最後の送信機は 1991 年に停止されました。
背景
航海において、「位置」を決定するには、2 つの測定を行う必要があります。従来の方法では、これは通常、灯台などの目立つランドマークへの視線に沿った2 つの角度、または方位の測定でした。2 つの測定を行った後、ランドマークから逆の角度に沿って放射状に位置の線が引かれます。線はある時点で交差し、その交差点で航海士の位置が決定されます。実際には、3 番目の測定が使用されることが多く、その結果、完全に交差しない 3 つの線が生まれます。結果として得られる三角形の交差領域のサイズは、測定全体の精度の大まかな指標となります。[1]
RDFS
20世紀初頭の携帯無線システムの導入により、無線放送局（ビーコン）を、数百マイル以上という非常に遠い距離から無線受信機に見えるランドマークとして使用できる可能性が生まれました。ナビゲーターとビーコンの間の角度は、ループアンテナと呼ばれる単純なメカニズムを使用して測定できます。アンテナが垂直軸を中心に回転すると、受信信号の強度が変化し、ループがビーコンへの線に対して垂直になるとゼロ（ヌル）になります。[2]
この技術は無線方向探知（RDF）として知られており、有用ではあるが、精度は中程度である。数度以上の測定は小型ループアンテナでは困難であり、電気的特性上、より精度の高い大型バージョンを作ることは必ずしも容易ではない。さらに、ループアンテナの追加は小型車両では不可能な場合があり、専用ナビゲーターを持たない車両では操作が難しい場合もある。[2]
RDF コンセプトの一種「逆」バージョンを使った実験がいくつかありました。その中には、1 rpm (1 秒あたり 6 度) で継続的に回転するループから信号を送信する英国のオーフォードネス ビーコンがありました。ループが北を通過するたびに、文字「V」のモールス信号が短時間送信されます。ユーザーは V 信号を聞き、ストップウォッチを開始して、ループが回転して通過するときに信号が消えるのを待ちます。経過時間 (6 倍) は、ステーションからの方位角を示します。RAEファーンバラの同様のステーションへの 2 番目の方位によって、位置が特定されました。[3]
残念ながら、実際には、このシステムは日中と天候の良いときにのみ正確であることが判明し、海軍の誘導という本来の目的に対する有用性が制限され、システムが運用されたのは短期間のみでした。
ラジオレンジ、ローレンツ、エレクトラ
無線ナビゲーションの問題に対する別の解決策は、特定のエリアでのみ受信できる指向性「ビーム」信号を使用することです。ビーム内を飛行する航空機は、従来の無線で信号を受信します。ここで問題となるのは、ビームは航空機が見つけられるほど広くなければならないが、正確なガイドとなるほど狭くなければならないということです。
この問題に対処する最初の試みは、1904 年にドイツで行われました。ロレンツ社の O. シェラーは、全体的に扇形のパターンで 4 つの信号を使用するシステムを提案しました。各信号は、 N (ダッシュ ドット) または A (ドット ダッシュ) のモールス信号で可聴に変調され、放送周波数に合わせられたラジオはこれらの信号のいずれかを聞くことになります。信号は意図的にわずかに重なり合うようにし、リスナーが同時に両方の信号を聞く領域を作りました。この場合、1 つの信号のギャップはもう 1 つの信号で埋められ、「等信号」と呼ばれる安定したトーンが生成されます。[4]
この基本概念はその後も何度か開発されましたが、第一次世界大戦まで実用化されませんでした。その頃までにドイツの経済は制限され、航空活動は厳しく制限されていました。実用的な開発はその後米国に移り、信号を簡単に捕捉できる2つの広い8の字型の放送パターンを備えた改良された形で使用されました。シェラーが提案した短距離着陸システムの代わりに、米国のシステムは1928年に空港間の広域ナビゲーションを提供する低周波無線範囲（LFR）システムの構築に使用されました。[5]
このシステムを使用するには、航空機は従来の無線で局に同調する。次に信号を聞き、A または N のどちらが聞こえるかに応じて、等信号が聞こえるビームの中央を飛行するまで旋回する。このシステムは、1 つの局から西を指すビームが、次の局から東を指すビームと反対の点線パターンになるように設定されており、パイロットは特定の区間の両端の局に同調して、両方から同じ信号を聞くことができる。局から局へ飛行すると、一方の局からの信号が弱まり、もう一方の局からの信号が強くなり、局の上を通過すると「沈黙の円錐」に入る。[6]
ドイツ経済が回復すると、1930年代後半にローレンツシステムの開発が再開された。エルンスト・クラマーは、シェラーの当初の構想にもっと近いブラインド着陸システムの開発を依頼された。これは、3つのアンテナと位相調整技術を使用して、わずか数度の幅で高度に指向性のある信号を生成する、一般的に「ローレンツビーム」として知られるシステムとして登場した。送信機は滑走路の端に設置され、パイロットは信号を聞いて扇形の信号を滑走路まで飛ばすことができた。第二次世界大戦中、さらに正確で長距離のバージョンが夜間爆撃支援として使用された。詳細についてはビームの戦いを参照のこと。[7]
ドイツ経済が改善し、ルフトハンザ航空のスケジュールが拡大すると、クラマーはヨーロッパでの使用を目的としたLFFに似たシステムの開発を依頼された。彼はこれを、リヒャルト・シュトラウスの同名のオペラの登場人物にちなんでエレクトラと名付けた。エレクトラはローレンツビームを使用することで各信号を狭くすることができ、1つの局で4つだけではなく複数の受信経路と送信経路を提供できた。このようにして、より少ない局数で、空港をより直接的に結ぶ一連の航空路を作ることができた。しかし、戦争が始まるまで配備作業は行われていなかった。[8]
ゾンネ
戦争初期、ドイツ空軍はクラマーに、エレクトラをビーム飛行ではなく一般的な航法に応用できないかと打診した。クラマーは、ローレンツ システムのビーム コンセプトとオーフォードネス コンセプトの回転信号を組み合わせたが、これは形状の劇的な進歩を示す独自のシステムであった。
ループアンテナを回転させる代わりに、ゾンネは3つの独立した固定アンテナを使用し、各アンテナは1km離れた直線上に設置し、300kHzの動作周波数で3波長分の距離を置いていた（250～350kHzの間でいくつかの周波数が使用された）。単一の送信機が信号を生成し、それが直接中央のアンテナに送信された。[8]
信号はメインフィードから分岐され、「キーイングユニット」に送られた。これにより、信号はさらに2つの経路に分割され、それぞれが2つのサイドアンテナの1つに接続された。キーイングユニットは、信号を1つのアンテナに短時間送信し、その後、2番目のアンテナに長時間送信し、ローレンツシステムで使用される点線パターンを生成した。中央のアンテナと2つのサイドアンテナの1つに常に電源が供給されていたため、結果として生じる放射パターンはカーディオイドであった。 [ 8] [9]
ゾンネ方式の鍵は、アンテナに到達する前に信号をさらに変更することだった。位相シフターを使用して、信号を片方のサイドアンテナに送信するときに信号を 90 度遅らせ、もう一方のアンテナから 90 度進めた。これにより、カーディオイド放射パターン内に、それぞれ約 7.5 度の幅を持つ一連のスパイクまたはローブが生成された。[8]アンテナは物理的に離れているため、スパイクは正確に重ならず、ローレンツ方式と同じ点、破線、等信号ゾーンが生成されました。[8] [10]
最後に、位相遅延信号はゆっくりと「回転」しました。30秒間で、進んだ信号は180度遅れ、遅れた信号は同じ180度進みました。これにより、カーディオイドパターン全体がゆっくりと回転し、点は時計回りに、破線は反時計回りになりました。[10]
Sonneでナビゲート
1分に1回、サイドアンテナへの信号が遮断され、中央アンテナから全方向に放送される純音が生成されました。これはモールス信号の局識別信号と連動していました。ナビゲーターはこの6秒間を利用して、RDFを使用して局の大まかな方位を見つけることができました。これにより、パターンのどのローブ内に位置していると予想されるかを判断できました。[11]
局識別信号が終了してから 2 秒後に位相遅延が再び始まると、点とダッシュのキーイングが始まりました。受信機は通常、等信号のどちらかの側に配置され、点またはダッシュのいずれかが聞こえます。この例では点とします。パターンが回転すると、点のローブは受信機から離れ、ダッシュ信号は受信機に近づきました。したがって、30 秒間で、受信機は点、次に等信号 (短時間)、次にダッシュを聞くことになります。等信号の到着時間を計ることで、ナビゲーターはローブ内の位置を特定できます。[11]
オーフォードネスではこの遅れを時計で計る必要があったが、ゾンネは1秒に1回信号を入力し、点や線の数を数えるだけでタイミングをとらえることができた。このプロセスをさらに簡単にするために、カウントを記載した海図が作成された。航海士は海図の数字を調べるだけで方位が分かった。[11]
パターンは30秒間にわずか7.5度しか回転せず、タイミングは1秒単位の精度しかなかったため、システムの精度は理論的には7.5 / 30、つまり1/4度でした。実際には、日中300海里では、受信機がステーションのベースラインに対して直角に配置されている場合は±½度の精度が一般的で、法線に対して70度の角度では±1度でした。ほとんどの中波および長波システムと同様に、精度は大気の影響により夜間に低下し、法線に対して±1度、70度では±2度でした。[9]
展開
航海における一般的なルールとして、2 つの方位角が可能な限り 90 度に近づいたときに最も正確な結果が測定されます。ゾンネは長距離システムであったため、ステーション間の角度が大きい領域を拡大するために、ステーションを互いに遠く離れた場所に配置することは理にかなっています。
これにより、1940年にスペインに2局、ノルウェーに1局の配備が開始されました。戦争中はオランダ、フランス、スペイン、ドイツなどにも放送局が追加されました。最終的に合計18の放送局が建設され、そのうちのいくつかはゾンネ、他のいくつかはエレクトラと呼ばれていましたが、この命名の理由は現代の資料では明らかではありません。[12]
このシステムは1944年にドイツの潜水艦U-505が拿捕されたことで危険にさらされ、英国で完全に理解されることになった。これは非常に有用であることが証明され、ゾンネはジーが提案したものよりも長距離のシステムを必要としていたイギリス空軍沿岸司令部にすぐに採用された。その使用を目立たなくするため、英国のすべての記録ではこのシステムを「コンソル」と呼んでいる。[8]
沿岸司令部ではこのシステムの使用が広まり、完全にこのシステムに依存するようになった。戦争末期、ドイツ軍がスペインへの進入を断念すると、部品不足でスペインの基地の1つがオフラインになった。エドワード・フェネシーはイギリス空軍から提供されたスペアパーツの供給を手配し、運用を継続させた。[8]
戦後の使用
ゾンネは、現在では英国コード名コンソルとして知られ、戦後広く使用されました。VORやRDFなどのシステムと比較すると、コンソルは航行船舶に従来の無線とカウント機能以外は何も必要としませんでした。これは非常に魅力的であることが証明され、フランス、北アイルランド、さらには米国に3つ（米国ではコンソランと呼ばれていました）、ソ連に数か所に新しいコンソル局が設置されました。これはICAOが推奨する長距離航行システムの1つでした。[8] [13]
より正確で使いやすいシステム、特にLORAN-Cが導入されましたが、Consolの導入コスト（無線）が低いため、長年にわたってプレジャーボートシステムとして使用され続けました。ほとんどのConsol放送局は1980年代まで使用され続け、スタヴァンゲル局は1991年までオンラインのままでした。 [8]この時点でLORANとGPSシステムのコストは低下し、2000年までにほとんどの形式の無線ナビゲーションがこれらに置き換えられました。
コンソールステーション一覧
- フランス、プロネ48°1′16″N 4°12′55″W / 48.02111°N 4.21528°W / 48.02111; -4.21528、コールサイン TRQ 後に FRQ、周波数 257 kHz [14]
- アンドーヤ、ノルウェー69°8′54″N 15°53′0″E / 69.14833°N 15.88333°E / 69.14833; 15.88333、コールサイン LEX、周波数 332.5 kHz
- ビョルノヤ、ノルウェー 北緯74度29分8秒 東経19度2分3秒 / 北緯74.48556度 東経19.03417度 / 74.48556; 19.03417、コールサイン LJS、周波数 332.5 kHz
- スタヴァンゲル-ヴァルハウグ、ノルウェー 北緯58度37分36秒 東経5度37分39秒 / 北緯58.62667度 東経5.62750度 / 58.62667; 5.62750、コールサイン LEC、周波数 319 kHz [14]
- ルーゴ-オウテイロ・デ・レイ、ガリシア、スペイン北緯43度14分53.29秒 西経7度28分55.28秒 / 北緯43.2481361度 西経7.4820222度 / 43.2481361; -7.4820222、コールサイン LG、周波数 303、その後 285 kHz [14]
- セビリア、スペイン37°31′17.44″N 6°1′48.06″W / 37.5215111°N 6.0300167°W / 37.5215111; -6.0300167、コールサイン SL、周波数 311、その後 315 kHz [14]
- ヤンマイエン島、スヴァールバル諸島およびヤンマイエン島70°58′25″N 8°29′43″W / 70.97361°N 8.49528°W / 70.97361; -8.49528、コールサイン LMC、周波数 332.5 kHz
- ブッシュミルズ、北アイルランド、イギリス55°12′20″N 6°28′2″W / 55.20556°N 6.46722°W / 55.20556; -6.46722、コールサイン MWN、周波数 263、その後 266 kHz [14]
- マイアミ、フロリダ州、アメリカ合衆国25°36′16″N 80°34′16″W / 25.60444°N 80.57111°W / 25.60444; -80.57111、コールサイン MMF、周波数 190 kHz
- ナンタケット、マサチューセッツ州、アメリカ合衆国41°15′35″N 70°9′19″W / 41.25972°N 70.15528°W / 41.25972; -70.15528、コールサイン TUK、周波数 194 kHz
- サンフランシスコ、カリフォルニア州、アメリカ合衆国38°12′13″N 122°34′8″W / 38.20361°N 122.56889°W / 38.20361; -122.56889、コールサイン SFI、周波数 192 kHz
- カニン・ノス、ロシア連邦ソビエト連邦68°38′18″N 43°23′30″E / 68.63833°N 43.39167°E / 68.63833; 43.39167、コールサイン KN、周波数 269 kHz
- オストロフ・パンクラティエワ、ロシア SFSR、ソ連 北緯76度07分30秒 東経60度10分30秒 / 北緯76.12500度 東経60.17500度 / 76.12500; 60.17500、コールサイン PA、周波数 280 kHz
- ルィバチ、ロシア連邦ソビエト連邦69°45′12″N 32°55′0″E / 69.75333°N 32.91667°E / 69.75333; 32.91667、コールサイン RB、周波数 363 kHz
アンドーヤ島、ビョルンヤ島、ヤンマイエン島は同じ周波数を共有し、4分周期で交互に放送していました。
提案されたコンソールステーションは建設されなかった
- ケープハリソン、ニューファンドランド島、カナダ
- セントジョンズ、ニューファンドランド ラブラドール州、カナダ
- ナノタリック、グリーンランド
- エイラルバッキ、アイスランド
- サンタマリア、アゾレス諸島、ポルトガル36°59′48″N 25°10′32″W / 36.99667°N 25.17556°W / 36.99667; -25.17556、コールサイン SMA、周波数 323 kHz (再利用されたホーミングビーコン)
- 米国ニュージャージー州アトランティックシティ、コールサイン ATA、テスト周波数 526 kHz (構築されたが、周波数割り当ての問題によりシャットダウン)
- ケープハッテラス、ノースカロライナ州、米国、周波数 198 kHz
- 米国カリフォルニア州ペスカデロ、コールサイン PES、周波数 190 kHz (当初はホーミング ビーコンとして構築されましたが、計画どおりにコンソール ステーションに変換されることはありませんでした)
- 米国カリフォルニア州ポイントコンセプション
参考文献
- 引用
- ^ チャールズ・ハシック、「チャップマン・パイロッティング・アンド・シーマンシップ」（第 64 版）、ハースト・コミュニケーションズ、2003 年 12 月、618 ページ
- ^ ab Joseph Moell および Thomas Curlee、「送信機ハンティング: 簡易化された無線方向探知」、TAB Books、1978 年、1 ～ 5 ページ。
- ^ ピアス、マッケンジー、ウッドワード 1948年、4ページ。
- ^ ティンクル 1978年、2ページ。
- ^ 「ビーム上の盲目飛行：航空通信、航行および監視、その起源と技術の政治」、航空輸送ジャーナル、2003年
- ^ 「ICAOの歴史: カナダ」
- ^ ティンクル 1978年、3ページ。
- ^ abcdefghi ブランチャード 1991.
- ^ ab Haigh 1960、254ページ。
- ^ Haigh 1960、255ページより。
- ^ abc Haigh 1960年、256ページ。
- ^ J. van Tonngeren、「エレクトラ・ゾンネ」 2012-09-04 にarchive.todayでアーカイブ
- ^ グローブス2008、8-9頁。
- ^ abcde Dolphin Mk 3 テクニカルマニュアル(PDF) . Pye.
- 文献
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- Groves, Paul (2008)。GNSS、慣性およびマルチセンサー統合ナビゲーション システムの原理(PDF) 。GNSSテクノロジとアプリケーション (オンライン版)。ボストン、ミシシッピ州: Artech House。ISBN 978-1-58053-262-4. 2016年10月19日閲覧。
- Haigh, JD (1960)。「ナビゲーション補助装置: コンソール」。軍用無線教科書: 無線位置特定技術。第 VII 巻。pp. 254–256。OCLC 504108531。2016年10月 19 日閲覧。
- Pierce, JA; McKenzie, AA; Woodward, RH, 編 (1948). Loran, Long-Range Navigation (PDF) . Radiation Laboratory Series, Massachusetts Institute of Technology 1940–1945. New York: McGraw Hill. OCLC 1617019. 2012年9月25日時点の オリジナル(PDF)よりアーカイブ。 2016年10月19日閲覧。
- ティンクル、フリッツ (1978)。 Bordfunkgeräte: vom Funkensender zum Bordradar [火花送信機から航空機レーダーまでの車載無線ユニット] (PDF)。トランス。マーティン・ホルマン。コブレンツ: ベルナルドとグラーフ。ISBN 978-3-7637-5289-8. 2016年10月19日閲覧。