IFFマークII

このスピットファイアの IFF Mark II アンテナは、胴体後部に沿って円形の翼から水平安定板の先端まで伸びているのがかろうじて確認できます。

IFF Mark IIは、世界初の運用可能な敵味方識別システムでした。第二次世界大戦開戦直前にイギリス空軍によって開発されました。1939年に短期間、プロトタイプのMark Iが試験的に使用された後、1940年後半のバトル・オブ・ブリテン終結とともにMark IIは広く配備され始めました。Mark IIは1943年まで使用され続けましたが、その後、標準化されたIFF Mark IIIに置き換えられ、終戦後も長きにわたり連合軍の航空機で使用されました。

マークIは、イギリスのチェーンホーム・レーダーシステムの信号を増幅するシンプルなシステムで、レーダー画面上で機体の「ブリップ」を延長させ、味方機と識別しました。マークIには、飛行中にゲイン を調整しなければ動作を維持できないという問題がありました。実戦では、正しく動作するのは半分程度でした。また、1つの周波数にしか反応しないため、異なるレーダー局に手動で調整する必要もありました。1939年当時、注目されていたレーダーはチェーンホームだけで、限られた周波数で動作していましたが、既に新しいレーダーが運用を開始しており、周波数の数は増加し始めていました。

マークIIはこれらの問題の両方に対処しました。自動ゲイン制御によりゲイン調整の必要がなくなり、レーダーが質問を受けた際に正常に動作する確率が大幅に向上しました。多くの種類のレーダーに対応するため、電動ギアとカムの複雑なシステムが3つの広帯域にわたって周波数を絶えず切り替え、数秒ごとに各帯域をスキャンしました。これらの変更により、装置の操作は自動化され、初めて真に有用なものとなりました。以前は、操作員はブリップが敵機によるものか、IFFの調整不良による味方機によるものか判断できませんでした。当初は1939年に発注されましたが、バトル・オブ・ブリテンの間に設置が延期され、1940年末から広く使用されるようになりました。

Mark IIの周波数選択範囲は戦争初期をカバーしていましたが、1942年までに運用されるレーダーの数が増えたため、特定のレーダーの組み合わせに対応するために、一連のサブバージョンが導入されました。キャビティ・マグネトロンをベースとした新型レーダーの導入には、異なる周波数が必要となり、システムは容易に適応できませんでした。そこで、Mark IIIが導入されました。Mark IIIは単一周波数で動作し、あらゆるレーダーで使用可能でした。また、複雑なギアとカムのシステムも不要でした。Mark IIIは1943年に運用を開始し、すぐにMark IIに取って代わりました。

歴史

初期の取り組み

チェーンホーム（CH）システムが配備される以前、ロバート・ワットはレーダー画面上で友軍機を識別する問題を検討していました。彼は1935年と1936年にこのシステムに関する最初の特許を申請しました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

1938年、バウジー・マナー・レーダー研究施設の研究者たちは、ワットの最初の構想に着手しました。これは、CHレーダーの周波数に共振するように調整された一連のダイポールアンテナからなる、シンプルな「反射器」システムでした。レーダーからのパルスがこれらのアンテナに当たると、アンテナは短時間共振し、追加の信号を受信します。アンテナは電動スイッチに接続されており、このスイッチは定期的にアンテナを短絡させて放送をキャンセルし、信号をオン/オフします。CHディスプレイでは、この「ブリップ」が周期的に伸縮します。このシステムは非常に信頼性が低いことが判明しました。航空機が特定の位置にあり、特定の方向に飛行している場合にのみ機能するからです。[ 1 ]

このシステムは実用性に乏しいと常に疑われていた。それが現実となったため、英国空軍（RAF）は、 HF/DF無線方向探知機を用いた追跡局群からなる異なるシステムを導入した。標準的な航空機無線は改造され、1kHzのトーンを毎分14秒間発信することで 、追跡局が航空機の方位を測定するのに十分な時間を確保した。防空システムの各セクターには複数のこのような局が割り当てられ、測定値はセクター本部のプロッティングステーションに送信された。そこで三角測量法を用いて航空機の位置が特定された。[ 4 ]

「ピップスクイーク」として知られるこのシステムは機能していたものの、非常に手間がかかり、複数のステーションとセクター本部の計画盤でオペレーターを配置する必要がありました。[ 4 ]ピップスクイークシステムからの情報とレーダーシステムからの情報を統合し、空域の全体像を把握するために、より多くのオペレーターが必要でした。また、パイロットは地上管制官との通信中に頻繁に中断されることもありました。そのため、レーダーと直接連携するシステムが求められていました。[ 5 ]

マークI

可能な限りシンプルなシステムを求めて、バウジーの研究者たちは再生受信機の開発に着手した。再生受信機の原理は、無線信号を増幅し、特定の周波数で共振するLC回路（「タンク」）に送り込むというものである。タンクの出力の一部が増幅器の入力に送り返され、フィードバックが生じて信号が大幅に増幅される。モールス信号のように入力信号の周波数が比較的一定である限り、真空管1本で大きな増幅効果が得られる。[ 6 ]

再生における問題点の一つは、フィードバックが強すぎると信号が大きくなり、アンテナから逆噴射して他の受信機に干渉を引き起こす点である。[ 6 ] IFFシステムの場合、まさにこれが望ましい結果であった。レーダー信号を受信し、ゲインを適切に調整すると、信号は大きくなり、システムは受信機から送信機へと変化した。信号レベルはまだ小さかったが、レーダーシステムの受信機は非常に感度が高く、トランシーバーからの信号は、元のレーダーパルスの反射だけで受信される信号よりも大きかった。[ 7 ]

この追加信号により、レーダー画面上の航空機のブリップが突然、はるかに大きくなります。結果として生じるIFFからの大きな信号と、IFFのない大型航空機または編隊の帰還信号との区別が困難になる可能性があるため、回路は電動スイッチに接続され、受信機を急速に切断および再接続することで、レーダー画面上のブリップを振動させました。[ 7 ]コックピットのコントロールパネルのスイッチでパターンを制御でき、1つの設定では15マイクロ秒（μs）のパルスを送信し、2番目の設定では40μsのパルスを送信し、最後の設定では受信パルスごとに2つの設定が切り替わりました。[ 8 ]

この設計には2つの大きな欠点があった。1つは、パイロットがフィードバック制御を慎重に設定する必要があったことである。フィードバック制御が低すぎるとシステムは出力信号を生成せず、レーダー局は何も受信できない。一方、フィードバック制御が高すぎると回路が自身の電子ノイズを増幅し、「スクイッター」と呼ばれるランダムな信号を広範囲の周波数にわたって発する。[ 9 ]これは広範囲に及ぶ干渉を引き起こし、レーダー操作員にとって大きな問題となった。[ 10 ]特に単座戦闘機では、飛行中にゲイン調整を忘れやすく、使用可能な信号が返ってくる確率は約50%と推定された。[ 7 ]

もう一つの問題は、CH局が少数の異なる周波数帯で運用されており、システムは一度に1つの周波数でしか動作しなかったことである。典型的な任務を遂行する航空機は、作戦地域上空で1つのCH局、あるいは2、3局しか視認できない可能性がある。この問題に対処するため、コックピットパネルには地元のCH局の周波数が書かれたカードが取り付けられており、パイロットは移動しながらこのカードに合わせる必要があった。パイロットはしばしばこの作業を忘れ、道に迷ったりコースを外れたりすると、どの周波数に合わせればよいか分からなくなったり、最寄りのCH局がカードに全く記載されていなかったりした。[ 7 ]

マークIは試験的にのみ使用された。エイムズで30セットが手作りされ、 1939年9月にフェランティ社に1,000セットの発注が行われた。[ 8 ]

マークII

この写真の左側にIFFアンテナが見られ、RAFのラウンデルで胴体と接合しています。胴体の両側に設置する必要があった長いアンテナにより、スピットファイアの速度は時速約2マイル（3.2 km/h）低下しました。背景にはジブラルタルの岩があります。

マークIの運用上の問題に加え、より深刻な問題は、配備される新型レーダーシステムの増加であった。マーク Iの試験中、イギリス空軍、イギリス海軍、イギリス陸軍は、夜間戦闘機やチェイン・ホーム・ローで使用されるイギリス空軍の200MHzシステムから、陸軍の75MHzの砲射撃レーダー、そして20～30MHzのCHまで、幅広い周波数帯にわたる新型システムを導入していた。航空機が複数のレーダーに視認される場合、これらのシステム間で手動で調整することは非現実的かつ不可能であり、実際、そのような状況はますます増えていた。[ 11 ]

1939年初頭には、マーク Iに類似した、多くのレーダー装置に感度を持つ同調回路を採用した解決策が既に開発されていました。この解決策は、「カム、歯車、ジュネーブ機構を組み合わせた複雑なシステム」を用いて、あるバンドをカバーする発振器に接続することでバンドを切り替え、電動同調コンデンサを用いてそのバンド内の周波数範囲を掃引するというものでした。[ 1 ] [ a ]信号が適切な強度を保ち、スクイッターを生じさせないようにするために、自動ゲイン制御が追加されたのです。これらの変更により、飛行中の同調やゲイン調整が不要になり、レーダーに正しく応答する可能性が大幅に向上しました。地上で定期的に調整するだけで、正常に動作し続けるようになりました。[ 11 ]

1939年10月にフェランティ社に1,000セットの発注があり、最初の100セットは11月までに完成した。イギリス空軍の急速な拡大により、1940年半ばのバトル・オブ・ブリテンまでに戦力の大部分が装備を完了することは不可能だった。いずれにせよ、戦闘は主に南イングランドで行われ、CHステーションは海岸沿いに配置されていたため、戦闘機がイギリス海峡を越えている場合にのみ視認できたため、IFFはあまり役に立たなかった。システムを設置する緊急の必要性はなく、戦闘中もピップスクイークは使用され続けた。[ 7 ]

IFFの欠如は友軍誤射などの問題を引き起こした。 1939年9月のバーキング・クリークの戦いは、IFFが導入されていれば起こらなかったであろう。また、敵機が既知のRAF機の近くにいる場合、識別できないことも意味した。1940年7月、ドイツ軍はこれを利用し、ヨーロッパ上空の夜間任務から帰還するRAF爆撃機編隊に自軍の爆撃機を投入した。地上のオペレーターにはこれらはRAF機のように見え、海岸を越えると追跡する方法はなかった。たとえ希少なマーク Iセットが利用可能であったとしても、その信号の信頼性の低さから管制官はそれを信頼することが困難であった。[ 7 ]

バトル・オブ・ブリテン終結後、マークIIは急速にイギリス空軍の航空機に搭載された。スーパーマリン・スピットファイアへの搭載には尾部に2本のワイヤーアンテナが必要となり、最高速度が時速2マイル（3.2 km/h）低下し、重量が40ポンド（18 kg）増加した。ピップスクイークは、CHがカバーしない陸上の領域や緊急誘導システムで依然として使用されていた。[ 7 ]マークIIはイギリス海軍の艦艇にも使用され、艦艇同士がレーダーで識別できるようにタイプ252として製造された。[ 13 ]

1940年11月、ティザード作戦の一環としてマークIIがアメリカに持ち込まれました。アメリカの研究者たちは既に、ある程度複雑な独自のIFFシステムの開発に取り組んでいました。彼らは共通のIFFシステムを使用することの重要性を認識し、1941年初頭に自国の航空機にマークIIを搭載することを決定しました。 [ 13 ]生産はフィルコ社に引き継がれ、1942年7月にSCR-535として18,000セットの発注を受けました。このシステムは完全に信頼できるものではありませんでした。[ 11 ]

マークIII

マークIIにつながるレーダーの乱立は続き、1942年までにマークIIには様々な周波数帯をカバーする12種類近くのサブタイプが存在した。IINのように海軍で一般的に使用されているレーダーに同調したものもあれば、IIGのように陸軍と空軍の地上レーダーに使用されているものもあった。これら全てに対応できるレーダーは1つのユニットでは存在しなかった。さらに問題が深刻化したのは、キャビティ・マグネトロンが成熟し、マイクロ波領域で動作する新世代のレーダーが、IFF受信機が対応できない周波数帯で運用されるようになったことだった。[ 14 ]

1940年、イギリスの技術者フレディ・ウィリアムズはこの問題を検討し、すべてのIFF運用を単一周波数に移行することを提案した。レーダーの周波数に応答して受信機で信号と混ざるのではなく、別の装置がレーダーのパルスと同期して「質問」パルスを送信し、受信信号は独立して増幅され、ディスプレイ上でレーダー信号と混ざる。これにより、航空機搭載機器は単一周波数で動作し、複雑なマルチバンドシステムが不要になったため、大幅に簡素化された。唯一の欠点は、レーダー基地に2台目の送信機と受信機が必要になったことだった。[ 1 ]

IFFマークIIIの生産はフェランティ社で始まり、すぐにアメリカのヘイゼルティン社に引き継がれた。[ 15 ] IFFマークIIIは戦争終結まで連合国の主力IFFシステムとして使用され、176MHzの共通周波数はその後も長年使用された。[ 14 ]

バージョン

シェイラーより。[ 16 ]
  • マークI – CHレーダーで動作したプロトタイプバージョン
  • マークII - CH、GL、海軍79型レーダーをカバーする3バンドの自動スキャン
  • マークIIG - CH、 CHL、GL、AMESタイプ7などの一般的な地上レーダーをカバーするバンドを備えた「G」ラウンドバージョン
  • マークIIN -タイプ286などのさまざまな英国海軍レーダーをカバーするバンドを備えた「海軍」バージョン
  • ABE (SCR-535 および SCR-535/A) – SCR-268、SCR-270、SCR-271、SCR-516などの米陸軍レーダーをカバーする米国版
  • ABK –米海軍レーダーと一般地上レーダーをカバーする米国版

注記

  1. ^ジュネーブ駆動はカムとフォロワーを使用して連続的な回転運動を周期的な運動に変換します。 [ 12 ]

参考文献

引用

  1. ^ a b c dボウデン 1985、435ページ。
  2. ^英国期限切れ593017、ロバート・アレクサンダー・ワトソン・ワット、「無線システムに関する改良」 
  3. ^英国期限切れ591130、ロバート・アレクサンダー・ワトソン・ワット、「無線システムに関する改良」 
  4. ^ a b Westley, Max (2010年10月). 「Pip–Squeak – The Missing Link」 . Duxford Radio Society Journal . 2014年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年8月13日閲覧。
  5. ^艦隊 1945年。
  6. ^ a bプール、イアン（1998年）『基本無線：原理と技術』ニューネス社、11頁。ISBN 9780080938462. 2018年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  7. ^ a b c d e f gブラウン 1999年、130ページ。
  8. ^ a bシェイラー2016、279頁。
  9. ^バーンズ、ラッセル (1988). 『1945年までのレーダー開発』 P. ペレグリヌス. p. 439. ISBN 9780863411397。
  10. ^サリバン, WT (2005). 『電波天文学の黎明期』ケンブリッジ大学出版局. p. 59. ISBN 9780521616027. 2017年12月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  11. ^ a b cブラウン 1999、p.131。
  12. ^ビックフォード、ジョン (1972). 「ジュネーブ機構」(PDF) .断続運動の機構. インダストリアル・プレス. 128. ISBN 978-0-8311-1091-8。
  13. ^ a bハウズ 1993、141ページ。
  14. ^ a bボウデン 1985、436ページ。
  15. ^ 「無線識別装置 Mark III 友軍・敵軍識別装置」帝国戦争博物館。2017年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  16. ^シェイラー2016、277頁。

参考文献

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