RX12874

高速アンテナは広い角度で信号を探しました。

RX12874はパッシブ・ディテクション・システムPDS)とも呼ばれ、愛称「ウィンクル」で知られたレーダー探知システムで、1980年代初頭までイギリス空軍ラインズマン/メディエーター・レーダーネットワークの一部として使用されていました。ウィンクルは、 IUKADGEネットワークに置き換えられたため、ラインズマン・システムの他の部分と同様に運用を停止しました。

ウィンクルは1950年代後半、カーシノトロンに対抗するために開発されました。カーシノトロンは非常に強力なレーダー妨害装置で、当初はあらゆる長距離レーダーを無力化すると考えられていました。ウィンクルは、カーシノトロンの放送を傍受する複数の局のネットワークを構築し、それらの情報を組み合わせることで、レーダーと同等の効率で妨害機を追跡しました。

このシステムは、一連の高速空中通信HSA)設備とAMESタイプ85(「ブルー・ヨーマン」)レーダーを基盤としていました。両レーダーは受信機として使用され、タイプ85は主に信号の到着時刻を測定するために使用され、HSAは水平方向に高速走査して方位を推定しました。HSAとタイプ85からの情報は相関器に統合され、三角測量と飛行時間情報を用いて妨害電波を発射した航空機の位置を特定しました。

位置が特定されると、通常のレーダー反射と同様に、迎撃管制官のディスプレイに手動で入力されます。入力された位置は、点ではなく小さな円のアイコンでのみ識別されます。レーダーがその位置を通過する間、オペレーターは85式受信機の感度を下げることで、妨害電波によって近距離のディスプレイが遮られるのを防ぐことができました。敵味方識別(IFF)信号と組み合わせることで、戦闘機の信号は視認性を維持し、迎撃を通常通り進めることができました。

歴史

カルシノトロン

この画像は、1950年代の典型的な早期警戒レーダーにカーシノトロンを搭載した4機の航空機が及ぼした影響を示しています。航空機は「4時」と「6時」の位置にあり、ノイズが充満しています。

1950年、フランスのCSF社(現在はタレスグループ傘下)の技術者たちは、マイクロ波発生用の真空管であるカルシノトロンを開発しました。この管は、入力電圧を変えるだけで広範囲の周波数に同調することができます。既知のレーダーの周波数を連続的に掃引することで、レーダー自身の反射波を圧倒し、レーダーを盲目にすることができます。その極めて広い帯域幅により、1つのカルシノトロンで、遭遇する可能性のあるあらゆるレーダーに対して妨害信号を送信することができます。また、同調速度が速いため、複数のレーダーに対して同時に妨害信号を送信したり、すべての潜在的な周波数を掃引して集中妨害を行うこともできます。[ 1 ]

カーシノトロンは1953年11月に公開された。海軍本部信号レーダー局が1台を購入し、キャサリンと名付けられたハンドレページ・ヘイスティングスに搭載し、同年末に最新のAMESタイプ80レーダーとの比較試験を行った。懸念通り、カーシノトロンはレーダー画面をノイズだらけにして完全に判読不能にし、実際の目標は見えなくなった。航空機がレーダーの地平線下にあっても有効な妨害効果は得られたが、その場合、他の航空機が妨害信号から外れて見えるようになるには、その機体は横20マイル(32km)も離れていなければならなかった。[ 2 ]このシステムは非常に効果的で、長距離レーダーを無力化するほどだった。[ 3 ]

ローター

80型レーダーは、イギリス諸島全域をカバーする包括的なレーダー・管制ネットワークであるROTORシステムの主要部分を担っていました。キャサリン試験では、このシステムは完全に設置される前に機能不全に陥ることが示唆されました。英国空軍(RAE)は直ちにインディゴ・ブラケットという名称でV爆撃機部隊向けに独自のカーシノトロンの開発を開始し、同時に英国空軍のレーダーの妨害問題の解決策も研究されました。[ 4 ]

最初に考慮されたのは、カルシノトロンが5kW程度の比較的弱い信号を出力するという点だった。集中砲火モードで使用すると、この信号は1MHzの帯域幅あたり5~10W程度に減衰する。レーダー方程式により、長距離では、この信号はレーダー自体からのマルチメガワット信号の反射よりもはるかに強力だった。[ 4 ]妨害機がステーションに接近すると、レーダーが妨害機を圧倒し始める「自己遮蔽」または「バーンスルー」ポイントと呼ばれるポイントに到達する。非常に強力な送信機を使用すれば、このポイントの範囲を拡大できる。さらに、ビームを強く集束させて反射信号に可能な限り多くの電力を供給すれば、さらに性能を向上させることができる。[ 5 ]

英国王立レーダー研究所(RRE)はメトロポリタン・ヴィッカース(メトロヴィック)と共同で「ブルーリボン」という名称で同様のシステムの開発を開始した。 [ a ]妨害電波はSバンド全域で1MHzあたり10Wもの電力を生成できると想定されていた。12基の4.5MWクライストロン送信機を75×50フィート(23×15メートル)の巨大なアンテナシステムから送信することで、ブルーリボンは200マイル(320キロメートル)の距離で1MHzあたり11.4Wの反射信号を生成し、想定される脅威を圧倒した。妨害電波が広帯域に拡散するように、レーダーは500MHzの帯域幅でパルスごとに周波数をランダムに変更した。[ 6 ]

戦略の変更

この間、防空の有用性については議論が続いてきた。水素爆弾の導入により、一機の航空機であらゆる標的を破壊できるようになり、爆撃機の速度と高度が上昇したことで、より遠方から爆弾を投下することが可能になった。1954年までに、航空参謀総長は近接防御は無意味であると結論付け、[ 7 ] 、対空砲を防空網から外す計画を開始した。12月までに、計画立案者たちは防空の唯一の実際的な役割は、V部隊の発進時に防護することだと考えた。[ 7 ]この役割に沿って、その後数年間、ミッドランド周辺の防護地域が縮小するにつれ、レーダー基地と戦闘機の数は削減され続けた。[ 8 ]

1957年の国防白書は、有人爆撃機からミサイルへと優先順位を転換した。ミサイル攻撃に対する唯一の防御手段は抑止力であり、V部隊の生存が絶対的に不可欠であった。これは、航空機による攻撃であれミサイルによる攻撃であれ、V部隊が即座に発進する必要があることを意味した。迎撃防衛は、たとえ爆撃機のみによる攻撃を受けた場合でもV部隊の生存を保証することはできず、ミサイル攻撃の場合は全く役に立たなかった。[ 8 ] 1957年末までに、抑止力の防衛という考えは放棄された。爆撃機による攻撃は、単にミサイルが続くことを意味するだけになった。今や、爆撃機は確かな脅威を感じた後に集結地へ発進する。ブルーリボンの長距離カバーの必要性は消滅した。[ 9 ]

新たな役割が一つ現れた。攻撃はミサイルによるものになる可能性が高いため、ソ連は航空機を遥か沖合に飛ばし、比較的狭い帯域のBMEWSにカーシノトロンを照射することで、弾道ミサイル早期警戒システム(BMEWS)のレーダー妨害を試みるかもしれない。また、V軍基地への爆撃機による攻撃を、ROTORレーダー妨害によって同様に隠蔽するかもしれない。このような妨害には、脅威の性質が判明するまでV軍の出撃が必要となるが、このような妨害行為を繰り返すと、航空機とその乗組員は急速に疲弊する可能性がある。このような攻撃を検知し、対抗するシステムは重要だと考えられていた。[ 9 ]

この役割には巨大なブルーリボンは必要なく、「ブルーヨーマン」構想が生まれた。これは、ブルーリボンの電子機器と、元々はオレンジヨーマンレーダーの改良版として開発された、45×21.5フィート(13.7×6.6メートル)の小型アンテナを組み合わせたものだった。[ 10 ] [ b ]アソシエイテッド・エレクトリカル・インダストリーズ社はこのシステムをAMESタイプ85として生産開始した。このシステムは依然として長距離通信が可能であったため、英国の大部分をカバーするのに9基しか必要なかった。[ 11 ]時間の経過とともにこの計画は何度も縮小され、最終的にはイングランド南部のみをカバーする3つのステーションを備えたラインズマンと呼ばれるシステムが開発され、爆撃司令部の基地とBMEWSレーダーを保護した。[ 12 ]

相関レーダー

1947年、英国王立航空機研究所(RAE)は、それまで多様なグループが担当していた誘導ミサイル開発の任務を引き継ぎました。RRDE(英国王立航空機研究所)の技術者数名が、追跡誘導システムの設計を支援するため、ファーンバラ空港のRAEに派遣されました。そのグループには、 LOPGAPミサイル誘導システムの開発に携わっていたものの、高度なレーダー開発に関心を持っていたジョージ・クラークもいました。[ 13 ]

1949年、クラークは地上からのパルス送信を必要としない、斬新な敵味方識別(IFF)システムを発明した。このシステムは、航空機搭載のIFFがランダムなタイミングで信号を送信する。これにより、交通量の多い地域で見られる問題を回避することができた。地上のIFFトランシーバーからの質問パルスが、あまりにも多くのトランスポンダーからの応答を生成し、それらが時間的に重なり合って干渉してしまうという問題である。クラークのシステムでは、トランスポンダーは自然に時間的に分散して応答を送信するため、応答が重なる可能性は大幅に低くなった。[ 14 ]

従来のIFFでは、質問パルスの送信と受信の間の時間からトランスポンダまでの距離を判定できました。クラークのシステムでは、受信機は信号がいつ送信されたかを把握できず、この方法を使用できなくなりました。代わりに、信号は3つのアンテナで受信され、「相関器」(今日では整合フィルタとしてよく知られています)と呼ばれる装置を用いて、単一のIFF放送からのパルスを、多数の可能性のある返信信号の中から選別します。信号を時間的に一列になるまで遅延させることで、信号が各アンテナに到達するまでの時間差を抽出します。任意の2つのアンテナ間の時間差は、双曲線上の可能性のある位置の連続体となります。AB、BC、CAのすべてのステーション間で同様の測定を行うことで、3つの双曲線が構築されます。これらの双曲線は理論的には1点で交差しますが、固有の不正確さのために、通常は小さな三角形を形成します。このアイデアは開発には採用されませんでした。[ 14 ]

その年の後半、クラークは同じ基本技術に基づいた新たなミサイル追跡誘導システムを提案した。飛行時間が短いため、ミサイル追跡システムは可能な限り迅速に目標を検知する必要があるが、当時のレーダーは機械的に回転していたため、走査速度には限界があった。[ 13 ]クラークは、1台の大型「フラッドライト」送信機と、15マイル(24 km)の基線三角形の角に配置された3台の受信機を使用することを提案した。エリア内のあらゆる物体から反射された信号は、IFFシステムと同様に位置特定に変換される。フラッドライト空間内のすべての目標は、同時かつ継続的に位置特定できる。このコンセプトの検討により、本格的な開発を開始するには未知数が多すぎることが示唆され、クラークはレーダー対抗手段を開発するグループに異動した。[ 15 ]

ウィンクル

この画像は上の画像と同じ4機の妨害機を示していますが、ウィンクルシステムによって相関関係が示されています。個々の機体がはっきりと確認できます。

1951年、クラークは同じ原理に基づくさらに別のシステムを提案した。今回は妨害装置を搭載した航空機を追跡する方法として提案された。RAEはこの概念を検討し、3つの使用方法を提案した。1つ目はクラークのミサイル提案の3ステーション方式、2つ目は2つのアンテナから広い間隔を置いて角度を測定する簡易三角測量法 3つ目は2つのアンテナからクラークの手法を用いて1つの双曲線を求め、2つのステーションのいずれかからその双曲線と交差する角度を測定する方法であった。[ 14 ]

2角度ソリューションは最もシンプルに見えるかもしれませんが、エリア内に複数の妨害機が存在する場合に問題が発生します。1台の妨害機に対して、受信機は信号を受信し、自局に対する角度を測定します。これらの角度を地図上にプロットすると、1つの場所で交差します。エリア内に2機の妨害機が存在する場合、両方の局は各機ごとに2つの角度測定値を生成します。これらを共有地図上にプロットすると、4つの交差点が形成されます。そのうち2つには航空機が、残りの2つは「ゴースト」です。3機目の航空機が出現すると、交差点は9つ、ゴーストは6つに増加します。[ 16 ]イギリス空軍は大規模な空襲に対処できるシステムを望んでいたため、このソリューションは適切ではありませんでした。[ 17 ]

相関器は信号パルスの詳細に非常に敏感であるため、この問題を回避できます。2つの異なる航空機から受信したパルスは出力信号を生成しません。相関器に同じ妨害装置からの信号が供給された場合にのみ結果が返されるため、曖昧さは排除されます。クラークが当初提案したように、相関システムを唯一の測定システムとして使用することは可能ですが、これには2つまたは3つの相関器が必要になり、非常に高価です。そのため、1つの角度測定と1つの相関を使用するという概念が最良の妥協案として選択されました。[ 16 ]

電気通信研究機構( TRE)のノーマン・ベイリー氏[ c ]は、このテーマに関する論文を執筆し、この概念が実現可能であることを実証した。[ 17 ] 1954年、マルコーニ社はRAEと契約を結び、「ウィンクル」というコードネームで実験システムを開発することになった。[ d ]開発作業の大部分は、グレート・バドウにあるマルコーニ研究センターで行われた。[ 18 ]

彼らは、水平方向に約70度という比較的広い受光角を持つアンテナを用いたシステムを設計し、相関測定に使用した。相関が検出されると、電子走査システムが約1度の精度で角度を迅速に測定する。[ 16 ]相関を機能させるには、2つの大きく離れたアンテナからの信号を相関器で結合する必要があった。これは、観測所間のマイクロ波中継によって実現された。実験版は、グレート・バドウとグレート・マルバーンにある王立レーダー研究所南サイトの間に、約100マイル(160 km)離れた場所に構築された。[ 18 ]

1956年、プロトタイプ受信機を備えた2番目のシステムがノーフォークのバードヒル空軍基地ヨークシャーベンプトン空軍基地の間に構築されました。最初のテストは、両基地間の塔に妨害装置を設置して実施され、この妨害装置は相関器システムの更なる開発に利用されました。最終的には航空機によるテストに移行しました。あるテストでは、妨害装置を搭載した4機の航空機が正しく配置されました。[ 18 ]

1958年初頭にブルーリボン計画が中止され、BMEWS妨害という新たな脅威が認識されると、このコンセプトは再び注目を集めました。プラン・アヘッド(後にラインズマンとなる)と呼ばれる新しいレーダー配備の一環として、システムの設計調査が1958年後半に開始され、1959年8月に開発契約が締結されました。[ 16 ]

展開

基本的な概念では、相関器に2つのアンテナから同じ信号を供給する必要がありました。しかし、これが問題を引き起こしました。相関器の動作には時間がかかり、角度測定中の理想的なスキャン速度よりも長くかかってしまうのです。これは、測定角度ごとに別々の相関器を設置すれば解決できますが、コストが高すぎます。そこで、少数の相関器と、スキャン期間中に潜在的な相関関係を検出できるメモリシステムとしてコンピュータを使用する新しいシステムが設計されました。相関器は測定を行い、その結果をコンピュータに保存し、その後、別の角度での測定に利用できるようになります。[ 16 ]

開発は順調に進み、開発が進行中であった1962年には生産が開始された。最初の高速アンテナはブッシーヒルのマルコーニ工場で製造され、グレート・マルバーンのRREでブルー・ヨーマンのプロトタイプに接続された。[ 18 ]このシステムは1964年5月にNATO代表団にデモンストレーションされた。最初の生産拠点であるRAFニーティスヘッドでは1965年10月に試験開始が予定され、続くRAFスタックストン・ウォルドRAFボルマーの2つの基地は予定より早く1966年初頭に完成した。[ 19 ]

これらの3つの観測所を用いた最初の基線は、1966年3月に試験が開始されました。相当の試験といくつかの小さな修正を経て、スタックストン・ウォルド観測所は1968年5月/6月に受入試験に合格し、10月にイギリス空軍に引き渡されました。続いて、ボルマーダンドナルドが11月に、ニーティスヘッドが12月に試験に合格しました。[ 19 ]

交換

PDSの開発は比較的順調に進んだものの、ラインズマンシステムの他の部分はそうはいきませんでした。85型レーダーは度重なる遅延に見舞われ、1968年まで運用開始されませんでした。[ 20 ] [ e ]ロンドン地区の中央管制局は1973年11月まで完全に機能しませんでした。その時点で、ラインズマンシステムの拡張計画はすべて放棄されていました。[ 21 ]

L1として知られる中央基地は強化されていませんでした。ラインズマンが1950年代後半に設計された当時は、いかなる戦争もすぐに核戦争へと移行し、水素爆弾が爆発するのであればL1の破壊を阻止する意味はないと考えられていました。しかし、1960年代後半にソ連がNATOとの戦略的互角関係を築き始めると、この考え方は変化しました。戦争初期に核戦争が起こるという考えはもはや信じられなくなりました。核戦争が起こる前に、長期にわたる通常戦争が起こるか、あるいは核戦争に至らないかのどちらかだと考えられていたのです。[ 22 ]

この状況下では、ソ連は核戦争の勃発を恐れることなく、通常兵器で沿岸レーダーやL1レーダーを爆撃することができた。そして、英国の領空への自由なアクセスが可能になった。ラインズマン・システムは、短期の全面核戦争における早期警戒と妨害妨害対策を主眼に設計されていたため、追撃攻撃に対処する能力を備えていなかった。脅威認識の変化は、ラインズマン・システムが極めて脆弱であることを示唆していた。さらに悪いことに、カルシノトロンが各局間のマイクロ波リンクに使用され、システムが機能しなくなる可能性もあった。フェーズ1の運用開始前に、システムの更なる改良を断念し、その資金を可能な限り速やかに代替機の設計・購入に充てる決定がなされた。[ 23 ]

マルコーニ社は既に独自の受信機設計を用いた新しいレーダーシステムを開発しており、このニーズに応えるため、マルコーニ・マルテッロ・シリーズのパッシブ電子走査アレイ(PESA)レーダーを発売した。様々な理由から、これらのレーダーは機械的な走査を必要とするレーダーに比べて妨害を受けにくく、ほとんどの用途においてカルシノトロンの有効性を大幅に低下させた。マルテッロのレーダーは、改良型UKADGEとして知られる全国規模のシステムの一部として、AMESタイプ90およびタイプ91としてイギリス空軍に配備され 1984年までにラインズマンシステム全体を置き換えた。[ 24 ]

説明

高速アンテナ(HSA)は、高い仰角までスキャンできるよう、部分的な垂直フォーカス機能を持つように設計されました。通常の受信時には、一連のフィードホーンによって、アンテナ前面のどこからでも約70度のパターンで信号を受信することができました。[ 18 ]

この焦点合わせの欠如は意図的なものでした。これは、ベースライン上の2つのアンテナが同時に同じ目標を向いている必要がないことを意味します。これは、大まかな位置が既に分かっている場合にのみ可能です。その代わりに、アンテナはコンパスローズ上のほぼ同じ位置を向いているだけでよく、目標がどちらかのアンテナの前方にあれば、相関器でそれらの信号が一直線に並ぶことになります。[ 18 ]

アンテナは広い受信エリアと独自の走査システムを備えていたため、必ずしも回転する必要はなかった。一部のモードでは、HSAと対応する85式レーダー間のベースラインの両側をカバーするように配置された4つの固定角度のいずれかに設定できた。両側には「近距離」と「遠距離」の2つの設定があった。HSAは85式アンテナと同期して回転することもでき、通常は毎分4回転で360度スキャンを行うか、あるいは毎秒24度の同じ角速度でセクタースキャンを行う。これは、レーダーとPDSの両方が同じ「データレート」を持つことを意味した。[ 18 ]

通常作戦中、85式戦車は常時スキャンを行っていた。85式戦車が妨害装置を通過すると、妨害装置からの信号が短時間相関器に到達する。HSA(高速移動通信システム)が同じ方向を向いている限り、同じ信号が相関器に送信され、相関器は「一致」を出力した。一致が確認されると、HSAはオルガンパイプ型スキャナを用いて水平方向に高速スキャンを開始する。85式戦車の狭ビームは、単一の目標を約1/50秒しか照射せずその間にHSAは前方70度の空間全体をスキャンする。これが「高速」という名称の由来である[ 18 ]

スキャン中、妨害信号は85式戦車にはまだ見えており、HSAの2~3個のフィードホーンにも現れる。これらの信号は相関器バンクに送られる。相関にはある程度時間がかかるため、複数のフィードホーンに対して同時に並列に比較を行うには複数の相関器が必要だった。これが出力をコンピュータに保存する目的でした。このシステムでは、フィードホーンごとに相関器を使用する代わりに、ループ状に配置された少数の相関器を使用し、1つの相関が完了するとすぐにその測定値がコンピュータに保存され、次のフィードホーンに対して相関を実行するために使用されました。[ 18 ]

スキャンが完了すると、このデータは独自の「シータファイ」ディスプレイに送られました。このディスプレイは、従来のアナログテレビのように水平方向にスキャンするのではなく、垂直方向にスキャンすることで描画されました。[ f ]各垂直スキャンは、フィードホーンの一つを通して測定された相関器の値を表示し、その後、わずかに右に移動して次のフィードホーンの値を表示し、これを繰り返しました。その結果、X座標が角度、Y座標が距離を表すXY座標表示が実現しました。[ 25 ]

信号は複数のフィードホーンで受信される可能性が高いため、受信パターンは水平方向にわずかに重なり、ターゲットは単一の点ではなく、密集した点の「星座」として表示されます。オペレーターはゲインを調整して弱い点を消灯させ、残りの点群から航空機の位置を推定します。その後、通常の音声電話回線を使用してL1局のオペレーターと連絡を取り、オペレーターはメインディスプレイに手動で位置を入力します。XY座標から地図上の位置への変換を容易にするため、ディスプレイには垂直線が追加され、画面を「セクター」に分割します。セクターは地図上で参照できます。[ 25 ]

85式戦車の垂直ビームは「積み重ね」られていたため、どのビームが妨害信号を受信して​​いるか、どのビームが妨害信号を受信して​​いないかを調べることで高度の測定が可能であった。[ 26 ]

注記

  1. ^これが公式のレインボーコードなのか、それとも単に同名の賞品への言及なのかは不明です。既存の資料では具体的な情報は得られていませんが、「リボン」は通常これらのコードには含まれません。
  2. ^「ブルー・ヨーマン」という名前はブルー・リボンとオレンジ・ヨーマンを組み合わせたもので、レインボー・コードによくあるようにランダムに選ばれたものではないようです。 [ 10 ]
  3. ^ TREは1954年に王立レーダー研究所となった。
  4. ^このプロジェクトにレインボー コードが割り当てられなかった理由は、入手可能な情報源には記載されていません。
  5. ^そのため、PDS ネットワークはその時まで運用開始が宣言されていませんでした。
  6. ^従来のテレビ画面を筐体内で回転させるだけで簡単に配置できます。

参考文献

引用

  1. ^ゴフ 1993、156–157ページ。
  2. ^ゴフ 1993、157–158ページ。
  3. ^ゴフ 1993、159ページ。
  4. ^ a bゴフ 1993、158ページ。
  5. ^ゴフ 1993、160ページ。
  6. ^ゴフ 1993、170~171頁。
  7. ^ a bゴフ 1993、152ページ。
  8. ^ a bゴフ 1993、152–156ページ。
  9. ^ a bゴフ 1993、56ページ。
  10. ^ a bゴフ 1993、179ページ。
  11. ^ゴフ 1993、241ページ。
  12. ^ゴフ 1993、219–230頁。
  13. ^ a bゴフ 1993、180ページ。
  14. ^ a b cゴフ 1993、181ページ。
  15. ^ゴフ 1993、180~181頁。
  16. ^ a b c d eゴフ 1993、182ページ。
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  20. ^ゴフ 1993、280ページ。
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  22. ^ゴフ 1993、293ページ。
  23. ^ゴフ 1993、294ページ。
  24. ^ Warwick, Graham (1985年4月27日). 「Building the Big Picture」(PDF) . Flight International . pp.  33– 36. 2018年8月20日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  25. ^ a bバレット 2002 .
  26. ^シモンズ&サザーランド 1998、187ページ。

参考文献