Введение
Радионавигационная система Gee, иногда записываемая как GEE, была радионавигационной системой, использовавшейся Королевскими ВВС во время Второй мировой войны. Она измеряла временную задержку между двумя радиосигналами для определения местоположения с точностью порядка нескольких сотен метров на дальности до примерно 350 миль (563 км). Gee стала первой гиперболической навигационной системой, принятой на вооружение, поступив на вооружение командования бомбардировщиков RAF в 1942 году. Система была разработана Робертом Диппи как система посадки вслепую на короткие расстояния для повышения безопасности ночных операций. В процессе разработки в Telecommunications Research Establishment (TRE) в Суанаже было обнаружено, что дальность действия системы значительно превышает ожидания. Впоследствии она превратилась в навигационную систему общего назначения для больших расстояний. Для крупных, неподвижных целей, таких как города, подвергавшиеся ночным атакам, Gee обеспечивала достаточную точность для использования в качестве ориентира для наведения без необходимости применения бомбового прицела или других внешних средств. Подавление радиосигналов снижало эффективность Gee как средства наведения бомб, но она продолжала использоваться в качестве навигационного средства в районе Великобритании на протяжении всей войны и после неё. В послевоенный период Gee оставалась важной частью набора навигационных систем RAF и устанавливалась на такие самолеты, как English Electric Canberra и самолеты серии V-бомбардировщики. Система также использовалась в гражданских целях, и в Европе было создано несколько новых сетей Gee для поддержки военной и гражданской авиации. Постепенно вывод системы из эксплуатации начался в конце 1960-х годов, а последняя станция прекратила работу в 1970 году. Gee послужила вдохновением для оригинальной системы LORAN ("Loran A").
Gee, sometimes written GEE, was a radio navigation system used by the Royal Air Force during World War II. It measured the time delay between two radio signals to produce a fix, with accuracy on the order of a few hundred metres at ranges up to about 350 mile (563 km). It was the first hyperbolic navigation system to be used operationally, entering service with RAF Bomber Command in 1942. Gee was devised by Robert Dippy as a short range blind landing system to improve safety during night operations. In the course of development by the Telecommunications Research Establishment (TRE) at Swanage, the range was found to be far better than expected. It then developed into a long range, general navigation system. For large, fixed targets, such as cities that were attacked at night, Gee offered enough accuracy to be used as an aiming reference without the need to use a bombsight or other external references. Jamming reduced its usefulness as a bombing aid, but it remained in use as a navigational aid in the UK area throughout and after the war. Gee remained an important part of the RAF's suite of navigation systems in the postwar era, and was included in aircraft such as the English Electric Canberra and the V bomber fleet. It also had civilian use, and several new Gee chains were set up to support military and civil aviation across Europe. The system started to be shut down in the late 1960s, with the last station going off the air in 1970. Gee inspired the original LORAN ("Loran A") system.
Необходимые работы
Основная идея радиогиперболической навигации была хорошо известна в 1930-х годах, но необходимое для её реализации оборудование в то время было не широко доступно. Главная проблема заключалась в точном определении разницы во времени двух близко расположенных сигналов, измеряемой в милли- и микросекундах. В 1930-х годах развитие радиолокации потребовало устройств, способных точно измерять подобные временные характеристики сигналов. В системе "Chain Home" передающие антенны излучали сигналы, а отражения от удалённых целей принимались на отдельных антеннах. Для измерения времени между передачей и приёмом использовался осциллоскоп (или осциллограф, как он назывался в Великобритании). Передатчик запускал генератор временной базы, который начинал быстрое движение "луча" по экрану осциллоскопа. Любые принятые сигналы вызывали отклонение луча вниз, формируя импульс. Расстояние, пройденное лучом от левого края экрана, измерялось для точного вычисления разницы во времени между отправкой и приёмом сигнала, что, в свою очередь, позволяло рассчитать наклонную дальность до цели. Радиолокация также может использоваться как навигационная система. Если две станции способны обмениваться данными, они могли сравнивать свои измерения расстояния до цели и использовать простейшую трилатерацию для определения местоположения. Результат этого вычисления затем можно было передать самолёту по радиосвязи. Это достаточно трудоёмкая операция, и хотя она применялась как британцами, так и немцами во время войны, большая нагрузка означала, что её обычно использовали для сопровождения только отдельных самолётов.
Предложение о системе высадки
В октябре 1937 года Роберт (Боб) Д. Диппи, работавший в лаборатории радиолокации Роберта Уотсона Уотта на авиабазе RAF Баудси в Саффолке, предложил использовать два синхронизированных передатчика в качестве основы для системы посадки вслепую. Он представил себе две передающие антенны, расположенные примерно в 10 милях (16 км) друг от друга по обе стороны от взлетно-посадочной полосы. Передатчик, расположенный посередине между двумя антеннами, отправлял бы общий сигнал по линиям передачи на обе антенны, что обеспечивало бы одновременное вещание сигнала обеими антеннами. Приемник в самолете принимал бы эти сигналы и передавал их на дисплей типа А, подобный тем, что использовались в системе Chain Home. Если бы самолет был правильно выровнен с взлетно-посадочной полосой, оба сигнала были бы приняты одновременно и отобразились бы в одной точке на дисплее. Если бы самолет находился с одной из сторон, один из сигналов был бы принят раньше другого, формируя два отчетливых пика на дисплее. Определяя, какой сигнал был принят первым, пилоты могли бы понять, что они ближе к этой антенне, и восстановить правильное направление, отклоняясь от нее. Уотту понравилась эта идея, но в то время острая необходимость в такой системе не была очевидна. В то время RAF полагался на дневные бомбардировки плотными строями хорошо защищенных бомбардировщиков как на основную ударную силу, поэтому ночные посадки не вызывали серьезных опасений. Средства помощи при посадке были бы полезны, но работы с радиолокацией требовали более срочного решения.
Предложение о навигационной системе
Планы бомбардировочной кампании Королевских ВВС быстро пошли наперекосяк, особенно после воздушного сражения в Хелиголандском заливе в 1939 году. Вопреки довоенным представлениям, бомбардировщики оказались крайне уязвимы как для зенитного огня, так и для атак истребителей. После обсуждения было решено вернуться к ночным бомбардировкам, которые были основной концепцией в начале 1930-х годов. Это потребовало улучшения средств посадки и, в целом, средств ночной навигации. Диппи усовершенствовал свою систему для этих целей и официально представил новое предложение 24 июня 1940 года. Изначальная конструкция использовала два передатчика для определения одной линии в пространстве, вдоль центральной линии взлетно-посадочной полосы. В его новой концепции предусматривалось создание карт, иллюстрирующих не только линию нулевой разницы, где сигналы накладывались друг на друга, как в системе посадки, но и линию, где импульсы принимались с задержкой в 1 мкс, другую – с задержкой в 2 мкс и так далее. В результате получалась серия линий, расположенных под прямым углом к линии, соединяющей две станции. Одна пара таких передатчиков позволяла самолету определить, на какой линии он находится, но не его местоположение вдоль этой линии. Для этого требовался второй набор линий от отдельной станции. В идеале эти линии должны были быть перпендикулярны первой, образуя двумерную сетку, которую можно было бы напечатать на навигационных картах. Чтобы упростить развертывание, Диппи отметил, что центральная станция может использоваться как одна сторона обеих пар передатчиков, если их расположить в форме буквы L. Измеряя временные задержки сигналов от двух крайних станций относительно центральной и сверяя эти значения с картой, самолет мог определить свое местоположение, взяв пеленг. Сетчатая структура линий на картах дала системе название "Gee" – по первой букве слова "Grid" (сетка). Поскольку система теперь предназначалась для навигации на гораздо большей территории, передатчики одной станции должны были быть расположены дальше друг от друга, чтобы обеспечить необходимую точность и зону покрытия. Решение с одним передатчиком и несколькими антеннами из первоначального предложения больше не подходило, особенно учитывая, что станции будут находиться на значительном расстоянии друг от друга, а прокладка кабелей к общей точке была бы сложной и дорогостоящей. Вместо этого Диппи описал новую систему с отдельными передатчиками на каждой станции. Одна из станций периодически отправляла свой сигнал, управляемый таймером. Другие станции были оснащены приемниками, принимающими сигнал от управляющей станции. Получив сигнал, они отправляли свои собственные передачи. Это обеспечивало синхронизацию всех станций без необходимости в кабельном соединении между ними. Диппи предложил строить станции с центральным "мастером" и тремя "вторичными", расположенными на расстоянии примерно друг от друга под углом 120 градусов, образуя большую форму "Y". Совокупность таких станций называлась цепочкой. Ожидалось, что система будет работать на дальностях около , исходя из распространенного в британском радиотехническом сообществе убеждения, что коротковолновые сигналы частотой 30 МГц имеют относительно небольшой радиус действия. При такой дальности система была бы очень полезна для навигации на короткие расстояния до аэродрома, а также для формирования бомбардировщиков в заданном месте после взлета. Кроме того, после выхода на крейсерскую высоту бомбардировщики могли использовать данные "Gee" для расчета ветров на высоте, что позволяло им более точно определять координаты по пеленгам после выхода из зоны действия "Gee". Экспериментальные системы были установлены в июне 1940 года. К июлю, к всеобщему удовлетворению, было установлено, что система работоспособна, по крайней мере, на дальности на высотах . 19 октября был получен пеленг на расстоянии 110 миль (177 км) на высоте 5000 футов.
Новое наступление
Открытие расширенного радиуса действия системы Gee наступило в критический момент бомбардировочной кампании Королевских ВВС. Изначально полагаясь на дневные бомбардировки, Королевские ВВС не уделяли особого внимания развитию навигационных навыков, необходимых для ночных полетов. Когда немцы начали ночные бомбардировки, выяснилось, что они разработали ряд радиосредств для навигации, в частности систему X Gerät. Королевские ВВС поначалу отвергали этот подход, утверждая, что он лишь демонстрировал превосходство подготовки их летного состава. К концу 1940 года от наблюдателей на местах стали поступать сообщения о том, что бомбардировщики союзников, по всей видимости, не поражали свои цели. В одном случае сообщалось, что бомбы упали на расстоянии более 80 километров от намеченной цели. Долгое время эти результаты игнорировались, но требования об официальном расследовании привели к публикации доклада Батта, который показал, что лишь 5% бомб, отправленных в ходе миссии, попадали в район цели. С такими показателями любая стратегическая кампания, основанная на ударах по заводам и подобным объектам, была обречена на провал. Это привело к печально известной статье Фредерика Линдемана о «выселении», в которой предлагалось направить усилия бомбардировочной авиации на жилые дома немецких граждан, чтобы подорвать их трудоспособность и волю к сопротивлению. В 1942 году это стало официальной политикой Королевских ВВС. Пока шли дебаты, Командование бомбардировщиков резко сократило количество вылетов, ожидая пополнения авиапарка новыми четырёхмоторными «тяжёлыми» бомбардировщиками, такими как Handley Page Halifax и Avro Lancaster, а также развертывания системы Gee. Сочетание этих двух факторов должно было обеспечить ту точность и вес бомбовой нагрузки, которые требовались по расчетам Линдемана. Работа по испытаниям и внедрению Gee была поставлена в приоритет, и в октябре 1941 года под председательством Роберта Ренвика был создан Исполнительный комитет «Цепь» для определения мест размещения станций Gee. Gee было не единственным разрабатываемым решением; вскоре к нему присоединились радары H2S и система Oboe.
Почти компромисс
Поскольку первоначальная доступность устройств Gee была ограничена, была принята идея передовой группы разведки. Эта концепция была первоначально разработана Люфтваффе для их первых ночных рейдов против Англии. Не имея достаточного количества радиостанций и широкой подготовки для установки своих радионавигационных систем на все самолеты, они сосредоточили имеющееся оборудование в единую группу KG100. KG100 затем использовала это оборудование для сброса осветительных ракет, которые служили точкой наведения для следующих бомбардировщиков. Стремясь испытать систему Gee, прототипы использовались на самолетах-указателях целей задолго до того, как серийные комплекты стали доступны в количестве, необходимом для крупных рейдов. 15 мая 1941 года один из таких комплектов обеспечил точное определение местоположения на расстоянии 400 миль (644 км) на высоте 10 000 футов (3048 м). Первая полная цепь передатчиков была завершена в июле 1941 года, но при испытаниях над Северным морем комплекты оказались ненадежными. Это было связано с источниками питания и лампами, и необходимые исправления были разработаны и проверены этим летом. В ночь с 11 на 12 августа два самолета, оснащенных Gee, бомбили, используя только координаты Gee, и продемонстрировали "поразительную точность". Однако на следующую ночь во время рейда над Ганновером был потерян Vickers Wellington, оборудованный Gee. В комплекте Gee не было системы самоликвидации, и он мог попасть в руки немцев. Оперативные испытания были немедленно приостановлены. Р. В. Джонс ответил началом кампании дезинформации, чтобы скрыть существование системы. Прежде всего, использование кодового названия "Gee" в коммуникациях было прекращено, и отправлялись ложные сообщения, ссылающиеся на вымышленную систему под названием "Jay"; предполагалось, что сходство вызовет путаницу. Двойной агент из системы Double Cross сообщил немецкой разведке вымышленную историю о том, как он услышал, как двое сотрудников RAF небрежно разговаривают в отеле о Jay, и один из них отмел это как "просто копию" немецкой системы Knickebein. Джонс полагал, что это польстит немцам, которые могут посчитать информацию более достоверной. К передатчикам Gee были добавлены дополнительные антенны для излучения ложных, несинхронизированных сигналов. Наконец, ложные сигналы Knickebein передавались над территорией Германии. Джонс отметил, что все это соответствовало его склонности к розыгрышам. Несмотря на эти усилия, Джонс первоначально рассчитал, что немцам потребуется всего 3 месяца, чтобы начать глушить систему. Однако глушение началось только через пять месяцев после начала кампании, и потребовалось гораздо больше времени, чтобы это стало серьезной проблемой.
В эксплуатацию
Даже при ограниченных испытаниях, Gee оказался простым в использовании и более чем достаточно точным для выполнения своих задач. 18 августа 1941 года Командование бомбардировщиков отдало приказ о начале производства Gee на предприятиях Dynatron и Cossor, ожидая поступления первых серийных комплектов в мае 1942 года. Параллельно был размещен отдельный заказ на 300 комплектов ручной сборки с поставкой 1 января 1942 года, срок которой позже был перенесен на февраль. Всего за время Второй мировой войны было изготовлено 60 000 комплектов Gee, которые использовались Королевскими ВВС (RAF), ВВС США (USAAF) и Королевским флотом. Первая оперативная миссия с использованием Gee состоялась в ночь с 8 на 9 марта 1942 года, когда группа из примерно 200 самолетов атаковала Эссен. Система была установлена на самолете Wellington 115-й эскадрильи RAF Watton под командованием пилота Джека Фостера, который впоследствии отметил: «Цели были обнаружены и бомбардированы, как никогда прежде». Крупп, основная цель, избежал бомбардировки, однако бомбы попали в южные районы города. В общей сложности 33% самолетов достигли целевой области, что стало огромным прогрессом по сравнению с предыдущими результатами. Для обеспечения покрытия всей территории Великобритании под руководством Эдварда Феннесси было построено три сети Gee. Первая сеть начала непрерывную работу 22 июня 1942 года, за ней последовала сеть в Шотландии позднее в том же году и юго-западная сеть в 1943 году. Даже когда немецкие средства радиоподавления начали действовать, Gee оставался полностью полезным в качестве навигационной системы ближнего радиуса действия над Великобританией. Лишь 1,2% самолетов, оснащенных Gee, не вернулись на базу, в то время как среди самолетов без Gee этот показатель составлял 3,5%. Gee считался настолько важным, что неисправный комплект Gee мог привести к отмене вылета самолета. Одним из примеров регулярного использования Gee Командованием бомбардировщиков в навигационных задачах стало его применение (хотя и ограниченное) в операции «Chastise» (известной как «рейд на плотины») в мае 1943 года. В своих мемуарах «Enemy Coast Ahead» Гай Гибсон, руководитель рейда, вкратце упоминает, что его навигатор, офицер F/O «Терри» Таerum из RCAF, использовал то, что Гибсон называет «G Box» Таерума, для определения скорости самолета при полете на очень низкой высоте ночью над Северным морем из Великобритании в Голландию, по пути в Германию.
Обновления
Первое серьезное глушение было зафиксировано в ночь с 4 на 5 августа 1942 года. Оно усиливалось по мере приближения бомбардировщиков к цели – Эссену, и сигналы становились бесполезными на расстоянии от цели. Недавно сформированная южная цепочка была еще неизвестна немцам и продолжала быть полезной. 3/4 декабря с этой цепочки была произведена фиксация над Турином в Италии на расстоянии 730 миль (1175 км). Это оставалось оперативным рекордом для Gee, превзойденным лишь случайным приемом над Гибралтаром на расстоянии 1000 миль (1609 км). Мероприятия по противодействию глушению уже рассматривались, что привело к созданию Gee Mk. II. Он заменил оригинальный приемник новой моделью, в которой осцилляторы можно было легко извлекать и заменять, обеспечивая широкий диапазон рабочих частот. В этот диапазон входили исходная полоса 20–30 МГц, а также новые полосы 40–50, 50–70 и 70–90 МГц. Навигатор мог заменять их в полете, обеспечивая прием сигнала от любой активной цепочки. Gee Mk. II был введен в эксплуатацию в феврале 1943 года, и его также выбрала 8-я воздушная армия США. 23 апреля 1942 года было дано указание разработать мобильные станции для Gee в преддверии вторжения в Европу. Это не только расширило бы дальность действия системы на восток, но и позволило бы станциям перемещаться и неожиданно появляться в другом месте в случае возникновения глушения. Первая из трех таких мобильных цепочек была сформирована 22 ноября 1943 года. Она была введена в эксплуатацию 1 мая 1944 года в Фодже (Италия) и впервые использована в оперативных целях 24 мая. Вскоре после Дня Д другие подразделения были отправлены во Францию. Мобильные подразделения во Франции и Германии позже были заменены стационарными станциями, получившими название "тяжелые". После окончания войны в Европе Великобритания планировала отправить самолеты "Ланкастер" на японский театр военных действий в составе Tiger Force и использовать Gee для сопровождения рейсов в Азию. Началась подготовка к установке передатчиков Gee в Наблусе (в Палестине) для сопровождения полетов над Ближним Востоком, но капитуляция Японии отменила необходимость в этой цепочке. Эту работу выполняло MEDME в Каире под руководством вице-маршала авиации Р. С. Айткена. Немецкие бомбардировщики также использовали систему Gee для атак на Великобританию; захваченные приемники Gee обеспечивали электронное оборудование.
Черт возьми .
Позднее в ходе войны командование бомбардировочной авиации захотело внедрить новую навигационную систему не для определения местоположения, а для обозначения конкретной точки в воздухе. Эта точка использовалась для сброса бомб или целеуказателей для ударов других бомбардировщиков. Система Oboe уже обеспечивала такую возможность: Oboe посылала запрос с наземных станций в Великобритании, "отражала" его от приемопередатчиков на самолете и измеряла разницу во времени между отправленным и отраженным сигналами, используя оборудование, аналогичное Gee. Однако у Oboe был существенный недостаток: она могла одновременно направлять только один самолет и требовала около 10 минут для сопровождения одного самолета к цели. Система, способная одновременно направлять несколько самолетов, стала бы значительным улучшением. Результатом стала новая версия той же базовой концепции Oboe, но реализованная в обратном порядке: управление осуществлялось с самолета, а сигнал отражался от наземных приемопередатчиков. Это требовало установки на самолете оборудования для приема и измерения разницы во времени между двумя сигналами. Было очевидно, что для этой цели можно использовать существующее оборудование Gee. Новая система Gee H требовала всего лишь одной модификации – добавления нового передатчика, который бы излучал сигналы для отражения от наземных приемопередатчиков. При выключенном передатчике система возвращалась к обычному режиму Gee. Это позволяло использовать ее в режиме Gee H во время атак, а затем переключаться в режим Gee для навигации обратно на свои аэродромы.
Послевоенное использование
Ги был настолько полезен, что спешное развертывание во время войны оправдывалось как основа для развивающейся и расширяющейся навигационной системы. В итоге сформировалось четыре цепочки станций: Юго-Западная, Южная, Шотландская и Северная, обеспечивающие непрерывное покрытие большей части территории Великобритании вплоть до северо-восточного угла Шотландии. К ним добавились еще две цепочки во Франции и одна цепочка в британской оккупационной зоне в Северной Германии.
Основная концепция
Гиперболические навигационные системы можно разделить на два основных класса: те, которые рассчитывают разницу во времени между двумя радиоимпульсами, и те, которые сравнивают разницу фаз между двумя непрерывными сигналами. Здесь рассматривается только импульсный метод. Рассмотрим два радиопередатчика, расположенных на расстоянии 300 км друг от друга, что означает, что радиосигнал от одного потребуется 1 миллисекунда, чтобы достичь другого. На одной из этих станций установлены электронные часы, периодически посылающие пусковой сигнал. Когда сигнал отправляется, эта станция, А, осуществляет передачу. Милисекунду спустя сигнал прибывает на вторую станцию, Б. Эта станция оснащена приемником, и когда она принимает сигнал от А, она запускает свой собственный передатчик. Это обеспечивает отправку сигналов станциями с точностью 1 мс, без необходимости в том, чтобы вторая станция имела собственный точный таймер. На практике к времени добавляется фиксированная поправка для учета задержек в электронике. Приемник, принимающий эти сигналы и отображающий их на осциллоскопе, видит на дисплее серию импульсов. Измеряя расстояние между ними, можно рассчитать задержку между двумя сигналами. Например, приемник может измерить расстояние между двумя импульсами, соответствующее задержке в 0,5 мс. Это означает, что разница в расстоянии до двух станций составляет 150 км. В этом случае существует бесконечное количество точек, где эта задержка может быть измерена – 75 км от одной станции и 225 км от другой, или 150 км от одной и 300 км от другой, и так далее. При нанесении на карту совокупность возможных точек для любой заданной разницы во времени образует гиперболическую кривую. Совокупность кривых для всех возможных измеренных задержек образует набор радиально расходящихся кривых, центрированных на линии между двумя станциями, известной как "базовая линия". Для определения местоположения приемник выполняет два измерения на основе двух различных пар станций. Пересечения двух наборов кривых обычно дают два возможных местоположения, равноудаленных по обе стороны от середины базовой линии. Используя другие средства навигации, например, курсовой расчет, можно исключить одно из этих возможных положений, тем самым обеспечив точное определение местоположения. Вместо использования двух отдельных пар станций систему можно упростить, используя один главный передатчик и два вторичных, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, чтобы их зоны покрытия перекрывались. Совокупность таких станций известна как "цепь".
Черт возьми , цепи .
В системах Gee Chains использовалась схема с одним ведущим передатчиком и двумя или тремя ведомыми. Передатчики имели выходную мощность около 300 кВт и работали в четырех частотных диапазонах от 20 до 85 МГц. Сигнал Gee для каждой цепи состоял из серии радиоимпульсов с приблизительно инвертированной параболической огибающей длительностью около 6 микросекунд. В трехстанционной системе ведущий передатчик отправлял одиночный импульс, обозначенный как A, за которым через 2 миллисекунды (мс) следовал двойной импульс, A′ (A Prime). Первая ведомая станция отправляла одиночный импульс через 1 мс после одиночного импульса ведущего, обозначенный как B, а вторая ведомая станция отправляла одиночный импульс через 1 мс после двойного импульса ведущего, обозначенный как C. Поскольку приемник не имел средств автоматической синхронизации с сигналом ведущего передатчика, двойной импульс A′ позволял навигатору, работающему с приемником, идентифицировать порядок следования импульсов. Вся последовательность повторялась в цикле 4 мс (то есть 250 раз в секунду) с шаблоном A B A′ C. В случае системы из четырех станций цикл повторялся с добавлением станции D, которая передавала еще один двойной импульс. Чтобы идентифицировать этот импульс, станция D работала с частотой 166 импульсов в секунду, так что ее импульс перемещался между отображениями A B и A′ C, не появляясь ни на одном из них, и возвращался к отображению A B. Таким образом, цикл был A B D A′ C A B A′ C D A B A′ C. Появление импульса D на обоих отображениях означало, что определение местоположения можно было выполнить, используя комбинации AB/AC, AB/AD или AC/AD, что обеспечивало более широкую область высокоточного покрытия, чем в трехстанционной системе. Синхронизация импульсов A осуществлялась с частотой 150 кГц стабильным локальным генератором на ведущей станции, но время иногда преднамеренно изменялось. Время десяти циклов этой 150 кГц колебания, 66,66 мкс, называлось единицей Gee и соответствовало разнице в дальности 12,4 мили (20 км).
Декодирование сигналов
На борту самолета сигналы от трех или четырех станций принимались и передавались на дисплей. Описание ниже относится к системе с тремя станциями, но импульс D заменял бы импульс B или C в системе с четырьмя станциями. В настройке "основной" временной базы дисплей ЭЛТ был настроен на отображение сигнала на двух линиях (каждая из которых показывала половину длительности сигнала). Для запуска развертки дисплея использовался локальный генератор, значительно менее сложный, чем на главной станции. При первом включении маловероятно, что его синхронизация была бы точно такой же, как у главной станции, поэтому оператор видел бы картину вспышек, перемещающихся по экрану. Регулировочная ручка, управляющая генератором, использовалась для настройки частоты локального генератора до тех пор, пока вспышки на дисплее не стали неподвижными, что означало, что локальный и главный генераторы теперь имели одинаковую синхронизацию. Импульсы идентифицировались, затем регулировкой генератора двойные импульсы A′ были сдвинуты влево от нижнего следа. Роторные переключатели, за которыми следовала точная настройка, использовались для установки маркеров под импульсами B и C (маркеры инвертировали импульсы на дисплее), после чего временная база переключалась в "быстрое" положение, которое добавляло дополнительные линии на дисплей и отображало импульсы A и A′ над инвертированными импульсами B и C соответственно. Точная настройка использовалась для позиционирования импульса B непосредственно под импульсом A, а импульса C – непосредственно под импульсом A′. Включался переключатель, называемый "переключателем очистки", и фиксировалось время определения местоположения. Переключатель очистки переводил дисплей из режима отображения импульсов в режим отображения внутренней шкалы. Эта шкала считывалась в положении "быстрой" временной базы для десятичных значений, за которыми следовала запись целых чисел при настройке дисплея в положение "основной" временной базы. Соответствующие значения отсчетов A B и A′ C наносились на координатную сетку. Сигналы от разных цепей были близко расположены по частоте, настолько близко, что широкополосный приемник R1355 часто принимал одновременно более одной цепи. Для идентификации станции сигналы A′ передавались только периодически. После стабилизации дисплея, когда цепочки импульсов отображались в одном месте на экране, импульсы A′ можно было видеть мерцающими с определенным шаблоном (отсюда и эффект "двойного изображения" на дисплее). Это позволяло оператору определить идентификатор главного сигнала и, следовательно, выбрать нужную цепь, разместив связанный с ней сигнал A′ в нижнем левом углу.
Точность
На больших расстояниях гиперболические линии приближаются к прямым, расходящимся из центра базовой линии. При рассмотрении двух таких сигналов от одной цепи, результирующая картина линий становится все более параллельной по мере уменьшения расстояния между базовыми линиями по сравнению с дальностью. Таким образом, на коротких расстояниях линии пересекаются под углами, близкими к 90 градусам, и этот угол постепенно уменьшается с увеличением дальности. Поскольку точность определения местоположения зависит от угла пересечения, все гиперболические навигационные системы становятся все менее точными с ростом дальности. При анализе сигнала на расширенном экране, отсчет времени велся с шагом в 1/10 единицы Gee, или 6,66 мкс. Это соответствует расстоянию в 2 км. Предполагалось, что оператор в благоприятных условиях может измерять пики огибающей импульса с точностью до 1/10 калибровочного деления, или 0,124 мили (0 км). Это базовая точность системы Gee, по крайней мере, на меньших расстояниях и в точках, близких к центру базовых линий, где гиперболические линии были близки к перпендикулярным. Фактически, точность зависела от дальности до передатчиков, изменяясь приблизительно пропорционально квадрату расстояния. На коротких дистанциях сообщалось о точности, а на больших дистанциях над Германией она оценивалась примерно в 1 милю (2 км).
Оборудование
Воздушная часть системы Gee Mk. II состояла из двух компонентов: радиоприемника R1355 и осциллографа индикаторного блока типа 62 (или 62A). Они соединялись двумя толстыми кабелями, один из которых передавал видеосигнал, а второй – питание индикаторного блока. Блок питания был встроен в приемник для экономии места на стороне дисплея. Также была выпущена "тропическая" версия системы с приемником R3645 и индикаторным блоком типа 299, в которой блок питания последнего был перенесен в дисплей. Конструкция R1355 позволяла легко заменять радиочастотный блок (RFU) непосредственно в полете. Это давало возможность навигатору выбирать различные цепи Gee, а переключение занимало всего около минуты. Замена RFU также могла использоваться для противодействия помехам, поскольку немцы не знали, какие цепи используются в данный момент.
Использование Gee-H
В случае с Gee H использование системы было изменено лишь незначительно. Вместо синхронизации развертки по локальному генератору в блоке индикации, сигнал запуска передавался от бортового таймера. Сигнал также усиливался и отправлялся для опроса удаленных наземных станций, сигналы ответа от которых принимались существующим приемником Gee. Теоретически, это можно было использовать для определения местоположения точно так же, как и с Gee, используя другие карты. Однако навигация к цели с использованием такой системы была бы сложной: требовалось бы брать несколько определений местоположения с течением времени, а затем усреднять их для расчета скорости и направления движения. Вместо этого Gee H использовался способом, аналогичным более ранней системе Oboe. Навигатор сначала выбирал станцию в качестве сигнала "кошки", используя ее как основной навигационный маяк. Измерялось расстояние от станции "кошки" до цели, а затем рассчитывалась задержка сигнала, которая наблюдалась бы на этом расстоянии. Таймер в устройстве устанавливался на эту задержку, создавая отдельный импульс, похожий на букву "А", на дисплее в этой фиксированной точке. Полученный импульс от станции "кошка" также отображался на той же траектории. Отдавая пилоту команды поворачивать влево или вправо, навигатор направлял бомбардировщик до тех пор, пока эти две траектории точно не совпадут, то есть бомбардировщик летел на точном расстоянии от станции. Затем пилот вел самолет по круговой дуге, которая привела бы его к точке цели, с периодическими корректировками со стороны навигатора по мере необходимости для выравнивания двух импульсов. Сигнал, полученный от второй станции, "мышь", также был настроен для отображения на нижней траектории, но в этом случае расстояние продолжало бы меняться по мере того, как самолет летел по дуге станции "кошки". Когда этот сигнал совпадал с предварительно установленным расстоянием от "мыши", груз сбрасывался. Использование этого метода работы значительно снизило нагрузку на навигатора. На протяжении большей части полета ему просто нужно было удерживать импульсы на верхней траектории выровненными на дисплее, а затем периодически следить за нижними импульсами для синхронизации. Кроме того, поскольку измерения всегда проводились как прямые линии от станции, а не гиперболические кривые, точность уменьшалась линейно, а не пропорционально квадрату расстояния. Таким образом, Gee H мог направить бомбардировщик с точностью до 120 ярдов над Германией, что значительно улучшило точность Gee, которая составляла примерно 1 милю на том же расстоянии.
Преимущества и недостатки
В отличие от немецких радиомаячных систем, где бомбардировщики летели к целям вдоль луча, импульсы системы Gee излучались во всех направлениях, поэтому, в случае обнаружения, они не выдавали пунктов назначения бомбардировщиков. Поскольку система была пассивной, в отличие от H2S, отсутствовали ответные сигналы, которые могли бы раскрыть позиции бомбардировщиков ночным истребителям. Кроме того, это позволяло всем самолетам использовать систему одновременно. Gee был крайне уязвим к помехам: немцам достаточно было излучать ложные импульсы, затрудняющие определение, какой сигнал исходил от станций, а какой – от источника помех. Это можно было легко организовать, разместив дополнительную станцию-ретранслятор во Франции или Нидерландах и изменив ее задержку и мощность сигнала, чтобы он казался похожим на сигнал одной из станций в Великобритании. Это работало только над территорией Германии; когда самолеты находились над Великобританией, сигнал казался слишком слабым. Используя обычные радиоприемники и рамковые антенны для пеленгации, радисты могли определить, какой из сигналов был ложным. Даже при наличии помех над территорией противника, Gee обладал крайне полезным преимуществом – обеспечивал надежную навигационную фиксацию для возвращающихся домой самолетов, когда они пересекали Северное море после выполнения задания, что облегчало возвращающимся бомбардировщикам поиск своих аэродромов и, как следствие, снижало потери от аварий.
Цепи Второй мировой войны
Каждая цепочка имела кодовое слово, составленное из названий американских штатов, что указывало на их использование американской авиацией. Примечание: AMES – сокращение от Air Ministry Experimental Station.
Восточная цепь
Испытания, включая определение времени и силы сигнала, проводились в нескольких местах на протяжении большей части 1941 года с использованием четырех передающих станций в Давентри (главная), Вентноре, Стениготе и Кли-Хилл (подчиненные), а также станции мониторинга в Грейт-Бромли, которые с июля работали как экспериментальная цепочка. Восточная цепочка начала функционировать (в отличие от проведения испытаний) с марта 1942 года и использовалась в крупных и беспрецедентно успешных рейдах "бомбардировщика" Харриса на Любек и Кельн той весной. Ее штаб и станция мониторинга, первоначально расположенные в Грейт-Бромли, переехали в Барквей в ноябре того же года. Во главе стоял винг-коммандер Филипс, которому помогали лидирующий летчик Аллерстон и научный сотрудник Эдвард Феннесси. (AVIA 7/1251, AIR 29/147 и другие файлы Национального архива; Карты Министерства авиации участков Грейт-Бромли и Барквей в Музее Королевских ВВС; J P Foynes "AMES 24: The Pylons at Great Bromley"). Полностью введена в эксплуатацию 22 июня 1942 года. Вирджиния: недалеко от Ройстона, графство Хартфордшир.
Другие цепи
После войны в Северной Германии была открыта сеть станций Gee. Станции располагались в Винтерберге, Бад-Ибурге, Нордхорне и Ухте. В период с 1955 по 1959 год существовали несколько станций, которые, по всей видимости, были созданы для дезинформации, а не для реальной работы. Это были 550 SU на форте Спийкербур близ Пурмеренда (Голландия), 889 SU в Эккернфёрде (Северная Германия) и 330 SU близ Ингольштадта (Бавария, Германия). Эти станции редко, если вообще, работали в конце 1950-х годов. 330Su представляла собой объединение трех подразделений – 330, 259 и 953 сигнальных узлов – и непрерывно функционировала в Ингольштадте с мая 1958 года по сентябрь 1961 года. Два других подразделения, входивших в эту цепочку, находились в Оберкирхене и Шлезвиге. Все три станции имели свои преимущества: в Ингольштадте был доступ к главному армейскому PX (военторгу) США в Мюнхене, Оберкирхен находился рядом с зимним спортивным центром NAAFI, а Шлезвиг – на дюнах возле пляжа для нудистов.