Радар, наводка орудия, Mk. I и Mk. II

GL Mk.II

Передатчик GL Mk. II фургон
Страна происхождения	Великобритания
Введено	конец 1941 г. ( конец 1941 г. )
№ построено	1,679
Тип	направление АА
Частота	54,5–85,7 МГц
ПРФ	от 1 до 2,5 кГц
Ширина импульса	от 1 до 1,2 мкс
Диапазон	50 000 ярдов (46 км) обнаружение 30 000 ярдов (27 км) отслеживание 14 000 ярдов (13 000 м) направление стрельбы
Азимут	±20° от текущего пеленга
Высота	15–45°
Точность	50 м (55 ярдов) в радиусе действия, менее 0,5° по направлению
Власть	150 кВт пиковая мощность
Другие имена	Радар зенитный № 1, Мк. 2, СОН-2

Radar, Gun Laying, Mark I или GL Mk. I для краткости — это радарная система, разработанная до Второй мировой войны британской армией для предоставления информации о дальности связанной с ней зенитной артиллерии . Было два обновления одной и той же базовой системы, GL/EF (Elevation Finder) и GL Mk. II , оба из которых добавили возможность точного определения пеленга и угла места. Название относится к способности радара направлять орудия на цель, что известно как наведение орудия .

Первый комплект GL представлял собой элементарную конструкцию, разработанную с 1936 года. Основываясь на электронике раннего радара Chain Home , GL использовал отдельные передатчики и приемники, расположенные в деревянных кабинах, установленных на лафетах, каждый со своими антеннами, которые нужно было вращать, чтобы направить на цель. Передаваемый сигнал был довольно широким, в форме веера около 120 градусов в поперечнике. Это делало его полезным только для измерения информации о наклонной дальности ; точность пеленга цели составляла приблизительно 20 градусов, и он не мог предоставить никакой информации о высоте. Несколько из них были развернуты в составе Британских экспедиционных сил , и по крайней мере один был захвачен немецкими войсками во время эвакуации из Дюнкерка . Последующая немецкая оценка привела их к выводу, что британский радар был намного менее продвинутым, чем немецкий радар.

Планы по устранению этих недостатков уже разрабатывались, когда первые установки Mk. I поступили на вооружение в 1939 году, но установки Mk. II появились не раньше 1940 года. Целесообразным решением стало приспособление GL/EF, которое обеспечивало измерение пеленга и угла возвышения с точностью около градуса. Благодаря этим усовершенствованиям количество снарядов, необходимых для уничтожения самолета, сократилось до 4100, что в десять раз больше, чем в начале войны. Около 410 установок Mk. I и слегка модифицированных установок Mk. I* были произведены, когда производство перешло на Mk. II, которые обладали достаточной точностью для непосредственного наведения орудий. Более высокая точность и более простая эксплуатация снизили количество снарядов на поражение до 2750 с Mk. II. После вторжения в Советский Союз в 1941 году около 200 установок Mk. II были поставлены Советам, которые использовали их под названием СОН-2. К концу производственного цикла было выпущено 1679 установок Mk. Были произведены II.

Внедрение в 1940 году резонаторного магнетрона привело к новому проекту, в котором использовались высоконаправленные параболические антенны , позволяющие проводить точные измерения дальности и пеленга с помощью гораздо меньших антенн. Эти радарные установки GL Mk. III производились в Великобритании как Mk. IIIB, а местная модель из Канады как Mk. IIIC. Mk. II оставались на службе во второстепенных ролях, пока Mk. III заменяли их на фронте. Обе они были заменены превосходным SCR-584, начиная с 1944 года.

Первое упоминание о радаре в Великобритании было сделано в 1930 году У. С. Бутементом и П. Е. Поллардом из Экспериментального центра сигналов (SEE) Военного министерства армии . ^{[1] [2]} Они предложили построить радиолокационную систему для обнаружения кораблей, которая будет использоваться с береговыми батареями, и зашли так далеко, что построили маломощный макетный прототип, использующий импульсы на длине волны 50 см (600 МГц). Военное министерство не заинтересовалось и не предоставило финансирование для дальнейшей разработки. Этот вопрос был упомянут в выпуске «Книги изобретений королевских инженеров» за январь 1931 года . ^{[3] [4]}

После успешной демонстрации Министерством авиации радара и быстрого прогресса в работе над системой, которая в 1936 году станет Chain Home (CH), армия внезапно заинтересовалась этой темой и посетила группу радаров CH в их новой штаб-квартире в поместье Боудси . Здесь им представили уменьшенные версии системы CH, предназначенной для полумобильных развертываний. Казалось, что это имело ряд применений в армейских ролях, что привело к формированию 16 октября 1936 года Секции военных приложений ^[5] , повсеместно именуемой армейской ячейкой. Этой группе было предоставлено место в Боудси, и в нее вошли Бутемент и Поллард из SEE. ^[6]

Первоначально ячейке было поручено улучшить зенитный огонь, и было сказано, что главной проблемой для решения является точное измерение дальности. ^[5] Оптические приборы использовались для обнаружения самолетов и точного определения их пеленга и высоты , но определение дальности с помощью оптических средств оставалось сложным, медленным и открытым для простых ошибок в процедуре. Радиолокационная система, которая могла бы обеспечить точное и быстрое определение дальности, значительно повысила бы шансы успешного поражения самолета. Им была поставлена ​​цель производить измерение дальности с точностью до 50 ярдов (46 м) на расстоянии 14 000 ярдов (13 км). В соответствии с армейской номенклатурой, концепция получила название «радар наведения орудия» из-за его роли в содействии наведению орудия (GL) зенитной артиллерии . ^[5]

В том же году из основной группы разработчиков CH была выделена группа Airborne Group для разработки гораздо меньшей радиолокационной системы, пригодной для установки на больших самолетах. Это должно было стать ролью радиолокатора перехвата самолетов (AI), намерение состояло в том, чтобы обнаруживать бомбардировщики ночью и позволять тяжелым истребителям находить и атаковать их с помощью собственного радара. Когда эти наборы продемонстрировали способность легко обнаруживать корабли в Ла-Манше , армейская ячейка создала вторую группу для адаптации этих систем к роли береговой обороны (CD), обеспечивая как измерения дальности, так и угла с достаточной точностью для слепого обстрела своих береговых батарей . Эту группу возглавил Бутемент, оставив Полларда в качестве основного разработчика систем наводки орудий. ^[6]

Работа GL была начата очень рано во время разработки Chain Home и была намеренно основана на максимально возможном количестве ее технологий. В отличие от более ранних экспериментальных систем Butement, CH была основана на существующей электронике из коммерческих коротковолновых радиосистем, поскольку они были среди самых мощных радиосистем. Недостатком этого подхода было то, что радиоантенны, как правило, должны были составлять значительную часть длины волны радиосигнала, чтобы работать с разумным усилением , полуволновой диполь был распространенным типом. Для 50-метровых длин волн, изначально используемых CH, потребовались бы антенны порядка 25 м (82 фута). ^{[7] [a]}

Это было непрактично для любой мобильной системы, но с появлением новой электроники в конце 1930-х годов длины волн, используемые радарными системами, продолжали снижаться. К тому времени, когда GL был готов начать испытания, система могла работать на длинах волн от 3,4 до 5,5 м (от 11 до 18 футов) ^[9], уменьшая размер антенны до более управляемой длины в несколько метров. Похожие изменения в электронике также привели к появлению меньших версий CH, мобильных радиоблоков или MRU, которые использовались как в качестве мобильной системы раннего оповещения, так и в качестве резервной службы на случай выхода из строя основной станции CH. ^[6]

Дисплеи радаров типа CH используют генератор временной развертки для создания пилообразного напряжения , которое подается на один из входов электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Временная развертка калибруется для перемещения точки ЭЛТ по экрану за то же время, за которое эхо будет возвращаться от объектов на максимальном расстоянии радара. Точка движется так быстро, что выглядит как сплошная линия. Обратный сигнал усиливается и затем отправляется в другой канал ЭЛТ, обычно по оси Y, заставляя пятно отклоняться от прямой линии, создаваемой временной разверткой. Для небольших объектов, таких как самолет, отклонение вызывает появление на дисплее небольшой отметки . Расстояние до цели можно измерить, сравнив местоположение отметки с откалиброванной шкалой на дисплее. ^[5]

Точность такого отображения зависит от размера трубки и дальности радара. Если можно было бы ожидать измерения точки с точностью до 1 мм на шкале вдоль типичной 3-дюймовой (76 мм) ЭЛТ, а этот радар имеет максимальную дальность 14 000 ярдов, то этот 1 мм представляет 14 000 / (75 / 1) , чуть более 186 ярдов (170 м). Это было гораздо меньше точности, чем хотелось бы, которая составляла около 50 ярдов (46 м). ^[5]

Чтобы обеспечить систему, способную выполнять такие точные измерения и делать это непрерывно, Поллард разработал систему, которая использовала весь дисплей ЭЛТ для предоставления измерения, показывающего только диапазоны на коротком расстоянии по обе стороны от предварительно выбранной настройки диапазона. Система работала, заряжая конденсатор с известной скоростью, пока он не достигал порога, который запускал временную развертку. Временная развертка была установлена ​​для перемещения по экрану за время, которое составляло менее километра. Большой потенциометр использовался для управления скоростью зарядки, ^[10] что обеспечивало смещение диапазона. Расстояние до цели измерялось путем использования потенциометра для перемещения отметки, пока она не оказалась в середине дисплея, а затем считывания диапазона со шкалы на потенциометре. Базовая система быстро развивалась, и к лету 1937 года тестовая система обеспечивала точность в 100 ярдов (91 м) для самолетов на расстоянии от 3000 ярдов (2700 м) до 14 000 ярдов (13 км). К концу года точность улучшилась до 25 ярдов (23 м). ^[11]

Поскольку изначально система должна была предоставлять дополнительную информацию оптическим приборам, точные измерения пеленга не требовались. Системе требовался какой-то способ гарантировать, что измеряемая цель была той, которая отслеживалась оптически, а не другой близлежащей целью. Для этой роли система использовала две приемные антенны, установленные на расстоянии примерно одной длины волны друг от друга по вертикали, так что когда они были направлены прямо на цель, полученные сигналы нейтрализовались и создавали ноль на дисплее, где сигнал исчезал. Это отправлялось на второй дисплей, оператор которого пытался удерживать антенны направленными на цель. ^[12]

Передатчик, который выдавал короткие импульсы около 20 кВт, был установлен в большой прямоугольной деревянной кабине на колесном прицепе. Одиночная полуволновая дипольная антенна была установлена ​​на коротком вертикальном удлинителе на одном конце кабины, с «линией выстрела» вдоль длинной оси. Антенна была лишь незначительно направленной, посылая сигнал в форме веера примерно на 60 градусов в каждую сторону. ^[13]

Приемник был значительно сложнее. Кабина оператора была несколько меньше передатчика и устанавливалась на опорной системе лафета зенитного орудия, которая позволяла вращать всю кабину вокруг вертикальной оси. Неподалеку от крыши находился прямоугольный металлический каркас, примерно соответствующий контуру кабины. Три антенны были установлены в линию по одной из длинных сторон каркаса; измерения дальности производились с антенны в середине и направленно путем сравнения сигнала на двух антеннах на концах. За двумя опорными антеннами были установлены отражатели на расстоянии примерно одной длины волны, что имело эффект сужения их угла приема. ^[13]

В полевых условиях передатчик будет направлен в ожидаемом направлении атаки, а приемник будет располагаться на некотором расстоянии, чтобы защитить его от сигнала, отраженного от местных источников. ^[14]

К 1939 году команда была достаточно довольна состоянием оборудования, чтобы разослать контракты на производство. Metropolitan-Vickers выиграла контракт на передатчик, а AC Cossor — на приемник. Массовое производство комплекта GL не оказалось особенно сложным, и к концу 1939 года было поставлено 59 полных систем. Еще 344 будут завершены в течение 1940 года. ^[15]

Система сделала именно то, что от нее требовалось; она обеспечивала измерения дальности с точностью порядка 50 ярдов. В полевых условиях стало ясно, что этого просто недостаточно. К концу 1939 года призрак ночной бомбардировки стал серьезной проблемой, и поскольку система GL не могла предоставить точную информацию о пеленге и угле возвышения, она не могла направлять орудия ночью. ^[12] Вместо этого использовался стиль работы Первой мировой войны , когда прожекторы выслеживали цели в основном наугад, а обычные оптические приборы использовались для определения пеленга и угла возвышения после того, как цель была освещена. На практике это оказалось столь же неэффективным, как и во время Первой мировой войны. ^[b]

Несмотря на значительные затраты времени, усилий и денег на систему GL, когда начался Блиц , вся система ПВО армии оказалась неэффективной. Генерал Фредерик Пайл , командующий армейским командованием ПВО , выразился так:

Проблемы с радаром были колоссальными. К началу октября 1940 года нам не удалось сделать ни одного выстрела ночью. Это было горькое разочарование — мы установили установки в прекрасное время, но затем у нас возникли огромные трудности с их калибровкой. Каждый план, который мы составляли, терпел неудачу, и всегда по причинам, с которыми мы не могли справиться. ^[15]

Для обнаружения целей GL был в значительной степени неэффективен. С механической точки зрения, необходимость поворачивать всю систему вокруг для отслеживания представляла собой серьезную проблему. Более серьезным ограничением были дисплеи, которые показывали только небольшую часть неба на дисплее дальности и одну индикацию «на цели/вне цели» по пеленгу. Хотя можно было поворачивать антенну по пеленгу, чтобы найти цель, направление было точным всего до 20 градусов, что было достаточно, чтобы удерживать антенны выровненными с целью, но было малополезно для направления оптических приборов на цель, особенно ночью. Кроме того, дисплей пеленга показывал только, были ли антенны выровнены или нет, но не с какой стороны находилась цель, если они были не выровнены, поэтому требовалось больше работы, чтобы определить, в каком направлении повернуть антенну для отслеживания. ^[12]

В дополнение к этим проблемам, широкий веерообразный сигнал представлял серьезные проблемы, когда в луч попадало более одного самолета. В этом случае на дисплеях дальности и пеленга появлялось несколько точек, и было невозможно определить, какая из них принадлежит какой цели. Даже самые опытные экипажи не могли удовлетворительно отслеживать цель в таких условиях. ^[17]

Комплекты GL Mk. I были развернуты в составе Британских экспедиционных сил вместе с системами MRU, которые обеспечивали раннее предупреждение . После краха обороны и эвакуации из Дюнкерка эти комплекты пришлось оставить во Франции . ^[18]

Осталось достаточно деталей для радарной команды Вольфганга Мартини, чтобы собрать воедино конструкцию и определить основные эксплуатационные возможности систем. То, что они обнаружили, их не впечатлило. ^{[18] Радары} Люфтваффе как для раннего оповещения ( Freya ), так и для наведения артиллерии ( Würzburg ) были значительно более совершенными, чем их британские аналоги того времени, ^[19] работая на гораздо более коротких длинах волн около 50 см. ^[20]

Эта оценка, в сочетании с провалом миссии LZ-130 по обнаружению британских радаров в августе 1939 года, по-видимому, привела к общей недооценке полезности британских радарных систем. Несмотря на то, что немцы знали о Chain Home, в немецких отчетах о состоянии Королевских ВВС , написанных непосредственно перед битвой за Британию, радар вообще не упоминался. В других отчетах он упоминается, но не считается очень важным. Другие подразделения Люфтваффе, по -видимому, пренебрежительно относились к системе в целом. ^[18]

Команда GL уже начала планировать значительно улучшенную версию системы, которая также могла бы предоставлять точную информацию о пеленге и высоте. Они всегда хотели, чтобы система GL могла направлять орудия во всех измерениях, но настоятельная необходимость как можно скорее вывести систему на поле боя исключила это. ^[21]

Чтобы добавить эту возможность, они адаптировали концепцию радаров береговой обороны, разрабатываемых Butement. Идея заключалась в использовании двух антенн, направленных в немного разных направлениях, с их чувствительными областями, или лепестками , слегка перекрывающими друг друга по центральной линии двух. Результатом является схема приема, где каждая из антенн производит максимальный сигнал, когда цель находится немного в одной стороне от центральной линии, в то время как цель, расположенная точно посередине, производит немного меньший, но равный сигнал на обеих антеннах. Переключатель используется для чередования сигналов между двумя антеннами, отправляя их на тот же приемник, усилитель и ЭЛТ. Один из сигналов также отправляется через задержку, поэтому его отметка рисуется слегка смещенной. ^[22]

Результатом является дисплей, похожий на CH, показывающий дальность до целей в пределах видимости, но с каждой из целей, создающей две близко расположенные точки. Сравнивая длину точек, оператор может определить, какая антенна более точно направлена ​​на цель. ^{[23] При вращении антенн в сторону более сильного сигнала, чем длиннее точка, тем центрируется цель, и две точки станут одинаковой длины. Даже при использовании относительно больших длин волн с помощью этих систем} переключения лепестков можно достичь точности порядка ½ градуса . ^[24]

Когда Mk. I прибыл на место, было введено несколько усовершенствований в базовую электронику. Они были собраны вместе, чтобы сформировать версию Mk. I*. Различия между Mk. I и Mk. I* были в основном в деталях. В Mk. I дисплеи в приемном фургоне запускались приемом переданного сигнала на небольшую антенну. Было обнаружено, что при определенных ориентациях передатчика и приемника антенна получала слишком слабый сигнал для работы. Это было заменено кабелем между двумя кабинами, который был известен как блокировка кабеля . Некоторые детали каскадов ВЧ на приемнике улучшили отношение сигнал/шум , был добавлен регулятор напряжения для исправления различий в генераторах, и была введена новая система, которая заменила сложную систему заземления для потенциометра электронной версией. Более важным изменением стало введение функций защиты от помех . ^{[25] [c]}

К концу 1939 года стало ясно, что Mk. I в его нынешнем виде не будет полностью полезен в полевых условиях, особенно ночью, и что Mk. II станет доступен не раньше начала 1941 года. Лесли Бедфорд сформировал отдел разработки радаров в Коссоре для производства приемников CH и был хорошо знаком как с желаниями артиллеристов ПВО, так и с возможностями, присущими радиолокационным системам. Он предположил, что будет относительно легко адаптировать антенну и системы отображения от Mk. II к системе Mk. I, что обеспечит многие из тех же преимуществ. ^[12]

Результатом стал GL/EF, что означает «искатель наводки/угла возвышения орудия», хотя его почти повсеместно называли «приспособлением Бедфорда».{{efn|Один из пользователей системы во время войны называл ее «ублюдком Бедфорда». ^[26] Эта модификация добавила набор вертикальных антенн и новый ЭЛТ-измеритель возвышения для их считывания, а также радиогониометр , который позволял точно измерять вертикальный угол. Mk. I* с GL/EF начали развертывать в начале 1941 года, как раз когда «Блиц» достиг своего пика. ^[12]

С Bedford Attachment система предоставляла всю информацию, необходимую для наведения орудий, основываясь только на радаре. Поскольку все три оси могли считываться непрерывно, предикторы могли получать информацию непосредственно с радара без необходимости оптических входов. Аналогично, сами орудия либо автоматически приводились в действие предиктором, либо наводились , либо поочередно требовали, чтобы слои следовали механическим указателям для соответствия выходу предиктора, концепция, известная как наведение иглы на иглу . Даже настройки взрывателя автоматически устанавливались на основе значений дальности, поступающих с радара. Вся проблема артиллерийского огня теперь была высоко автоматизирована от начала до конца. ^[14]

Именно в этот момент появились серьезные проблемы с калибровкой. После значительного изучения с использованием отражателей, подвешенных к воздушным шарам, и испытаний против случайных самолетов стало ясно, что главной проблемой было выравнивание земли вокруг станции. Длинные волны, используемые в этих ранних радарах, сильно отражались от земли и возвращались обратно в небо. Эти отраженные сигналы иногда достигали целей и возвращались на приемник вместе с сигналом непосредственно от передатчика. Интерференция между ними приводила к появлению нулей в схеме приема, что сегодня известно как многолучевое распространение . Это затрудняло поиск цели, поскольку антенны вращались, чтобы следовать за целью, что заставляло ее появляться и исчезать на дисплеях. ^[27]

Сначала считалось, что это не будет серьезной проблемой и что ее можно решить, разработав калибровочную таблицу для каждого участка. Например, вдоль одного направления земля может быть немного ниже и создавать определенный рисунок нулей в воздухе при наведении в этом направлении, в то время как в другом направлении земля может быть выше и создавать другой рисунок. Теоретически можно было измерить этот рисунок и создать таблицу для любого угла азимута. К сожалению, даже самые первые испытания показали, что калибровка менялась с длиной волны, что происходило, когда один радар проходил техническое обслуживание или заменялся резервным. Это означало, что им либо пришлось бы сделать несколько калибровочных таблиц, по одной для каждого радара, либо, если бы требовалась одна таблица поправок для разных пеленгов, антенны пришлось бы перемещать вертикально по мере изменения длины волны, чтобы подстроиться под это. Ни то, ни другое не было практичным. ^[23]

И снова Бедфорд предложил решение: вместо калибровки радара он предложил калибровать саму землю, выровняв область вокруг станции с помощью металлического проволочного мата. Таким образом, рисунок оставался бы тем же, когда радар вращался или менял частоты. Фактически проектирование такой системы выпало на долю Невилла Мотта , физика, который недавно присоединился к армейской ячейке. ^[27] В конечном итоге были найдены правильные размеры: восьмиугольник диаметром 130 ярдов (120 м) из квадратной проволочной сетки размером 2 дюйма (5,1 см). Он поддерживался в воздухе сотнями натянутых проводов, протянутых по деревянным кольям на высоте около 5 футов (1,5 м) в воздухе. Чтобы получить надлежащий зазор между антенной и проволочным заземляющим матом, радиолокационную систему приходилось поднимать в воздух на блоках, и доступ к ней осуществлялся через деревянный мостик над матом. ^[28]

Усилия по оснащению базирующихся в Великобритании GL-сеток этими наземными матами были колоссальными. На каждый мат ушло 230 рулонов проволочной сетки, каждый шириной 4 фута (1,2 м) и длиной 50 ярдов (46 м). В общей сложности они покрыли площадь около 15 000 квадратных ярдов (13 000 м ² ) и израсходовали 650 миль (1050 км) проволоки — вместе с еще 10 милями (16 км) более тяжелой проволоки, использованной в опорной конструкции под сеткой. Первоначально они планировали установить маты на 101 объекте немедленно, но к декабрю 1940 года они израсходовали более 1000 миль (1600 км) оцинкованной проволоки, израсходовав весь национальный запас материала и вызвав дефицит проволочной сетки по всей стране . ^[29]

Строительство мата заняло около 50 человек за четыре недели. ^{[30] [27]} К концу января 1941 года было модернизировано только 10 позиций, и все это время устанавливались новые зенитные огневые точки, так что число перспективных позиций увеличивалось быстрее, чем их можно было завершить. К апрелю Пайл пришел к выводу, что 95% позиций зенитных огневых точек потребуются маты, и они ожидали, что 600 позиций будут введены в эксплуатацию к марту 1942 года. В конечном итоге программа продолжалась годами, сойдя на нет, поскольку были введены новые системы, которым маты не требовались. ^[21] Программа матов официально завершилась в марте 1943 года. ^[31]

Другая проблема, которая так и не была полностью решена, заключалась в том, что любой воздушный шаровой обстрел в этом районе создавал мощный отражатель, делающий невидимым все, что находилось за ним. Это было особенно раздражающе, поскольку воздушные шары часто размещались рядом с зенитными орудиями, поскольку обе системы использовались вместе для защиты важных целей. Решение рассматривалось в виде системы, которая позволяла бы устранять низкорасположенные отражения, но она не была полностью разработана. ^[23]

В дополнение к постоянному технологическому прогрессу систем GL, Пайл значительно улучшил общее состояние ПВО, начиная с сентября 1940 года, назначив научного консультанта в высший эшелон командования ПВО. На эту роль он выбрал Патрика Блэкетта , который имел опыт Первой мировой войны в Королевском флоте и с тех пор продемонстрировал значительные математические способности. Блэкетт планировал изучить проблему ПВО с чисто математической точки зрения, концепция, которая оказалась чрезвычайно ценной в других областях противовоздушной обороны, и в конечном итоге развилась в общую область оперативных исследований . ^[32]

Блэкетт сформировал исследовательскую группу, известную как Исследовательская группа противовоздушного командования, но повсеместно называемую «Цирком Блэкетта». Блэкетт намеренно выбрал участников из разных слоев общества, включая физиологов Дэвида Кейнса Хилла , Эндрю Хаксли и Леонарда Эрнеста Бейлисса , математических физиков Артура Портера и Фрэнка Набарро , астрофизика Хью Эрнеста Батлера , геодезиста Г. Рейбоулда, физика И. Эванса и математиков А. Дж. Скиннера и М. Кист, единственную женщину в команде. ^[33] Их цели были аккуратно подытожены Блэкеттом:

...первой задачей было разработать наилучший метод построения диаграмм [радарных] данных и прогнозирования будущего положения противника для использования орудий на основе только карандаша и бумаги, таблиц дальности и взрывателей. Второй задачей было помочь в разработке простых форм картографических машин, которые будут изготовлены в течение нескольких недель. Третьим этапом было найти способы внедрения существующих предсказателей в использование в сочетании с радарными установками. ^[34]

Тем временем, в ноябре 1940 года Джон Эшворт Рэтклифф был переведен из Боудси, где располагалось Министерство авиации, чтобы открыть школу артиллерии ПВО в Питершеме на западной стороне Лондона. ^[33] Одной из проблем, которая сразу же стала очевидной, было то, что входные данные для предикаторов, аналоговых компьютеров , которые обрабатывали баллистические расчеты, было очень легко ошибиться. Эта информация передавалась обратно через армейскую иерархию, и снова именно Лесли Бедфорд предложил решение. Это привело к созданию нескольких тренажеров, которые использовались в школе ПВО, позволяя операторам оттачивать свои навыки. ^[35]

Вскоре Цирк добавил четвертый трейлер к некоторым объектам ПВО в районе Лондона , предназначенный исключительно для записи входных данных для предсказателей, количества выпущенных снарядов и результатов. Эти цифры были переданы обратно через командную структуру ПВО, чтобы найти хоть какой-то шанс на улучшение. Официальная история, опубликованная сразу после войны, отметила, что с сентября по октябрь 1940 года было выпущено 260 000 снарядов ПВО, в результате чего было уничтожено 14 самолетов, что составило 18 500 снарядов на уничтожение. Это уже было большим улучшением по сравнению со статистикой до появления радаров, которая составляла 41 000 снарядов на уничтожение. Но с добавлением GL/EF, GL mats и лучшей доктрины этот показатель снизился до 4 100 снарядов на уничтожение к 1941 году. ^{[32] [36]}

Пайл прокомментировал улучшения, отметив:

Первоначальные трудности в значительной степени были сглажены, и 11–12 мая [1941 г.], когда налеты были настолько распространены, что нам предоставили больше возможностей, мы получили 9 жертв, с одной вероятной и не менее 17 других поврежденных. [...] Блиц фактически закончился той ночью. К концу Блица мы уничтожили 170 ночных рейдеров, вероятно, уничтожили еще 58 и повредили в различной степени еще 118. ^[36]

Производство Mk. II осуществлялось компаниями Gramophone Company и Cossor. ^[11] Прототипы Mk. II начали появляться уже в июне 1940 года, но по мере поступления новой информации о Mk. I в конструкцию были внесены значительные изменения. Окончательный вариант конструкции начал поступать в серийное производство в начале 1941 года. ^[21]

Дисплеи располагались в деревянной кабине под приемной решеткой, включая отдельные ЭЛТ для дальности, пеленга и угла места, что позволяло непрерывно отслеживать цель на протяжении всего боя. Антенна передатчика теперь выпускалась в двух вариантах: один с широкоугольным лучом для первоначального обнаружения цели или ее поиска, а другой с гораздо более узким лучом, который использовался при отслеживании одной цели. Хотя это и усложняло задачу, это также значительно уменьшало проблему появления на дисплеях более одной цели. ^[24]

Mk. II также включал новый передатчик, мощность которого увеличилась в три раза, с 50 до 150 кВт. Эта дополнительная мощность обеспечивала несколько лучшую дальность, но, что более важно, она позволяла значительно уменьшить ширину импульса , обеспечивая ту же дальность. Резкость эха является функцией ширины импульса, поэтому, уменьшая ее, система становилась более точной. Mk. II мог обеспечивать измерения пеленга с точностью до ½ градуса, примерно вдвое точнее, чем Mk. I*, и как раз в пределах, необходимых для прямого наведения орудий. Mk. II в значительной степени заменил Mk. I* к середине 1942 года и оставался на вооружении до 1943 года. ^[24] Анализ показал, что Mk. II улучшил показатель выстрелов на поражение до 2750, что стало еще одним значительным достижением. ^[36] В период с июня 1940 года по август 1943 года было произведено 1679 комплектов GL Mark II. ^[37]

Появление в 1940 году резонаторного магнетрона позволило радарам эффективно работать на гораздо более коротких волнах микроволнового диапазона , чем это было возможно с более ранними конструкциями вакуумных трубок. Ранние магнетроны работали на длине волны около 9 сантиметров (3,5 дюйма), что уменьшало длину дипольных антенн до нескольких сантиметров. Антенны были настолько короткими, что их можно было разместить перед параболическими отражателями , которые фокусировали сигнал в очень плотный луч. Вместо того, чтобы транслировать диаграмму направленности шириной до 150 градусов, типичные микроволновые конструкции могли иметь ширину луча, возможно, 5 градусов. Используя технику, известную как коническое сканирование , вращающуюся версию переключения лепестков, это можно было еще больше уменьшить до менее ½ градуса, более чем достаточно, чтобы напрямую навести пушки. ^[38]

В конце 1940 года армия была вовсю занята созданием микроволновой радиолокационной системы GL, и к 1942 году уже отправила планы компаниям в Великобритании для производства. Работа также началась в Канаде в 1940 году над версией, полностью разработанной и построенной в Канаде, производство которой началось в сентябре 1942 года, а поставки в Великобританию начались в ноябре 1942 года под обозначением GL Mk. IIIC , а британские подразделения прибыли в следующем месяце под обозначением Mk. IIIB. Они были значительно более мобильными, чем более ранние конструкции Mk. I и Mk. II, состоящие из двухколесных прицепов и генераторной установки. ^[39]

Поскольку антенны были гораздо более направленными, чем широкие веерообразные лучи более ранних систем, всю проблему с отражениями от земли можно было избежать, просто убедившись, что антенны всегда направлены на несколько градусов выше горизонта. Это означало, что никакой сигнал не отскакивал от земли при передаче, и что любые близлежащие отражения возвращенного сигнала также не были видны. Необходимость в проволочном заземляющем коврике более ранних моделей была устранена, и площадки можно было разгрузить и полностью ввести в эксплуатацию за несколько часов. ^[38]

Новые микроволновые установки начали заменять Mk. II в 1943 году, но поставки были не особенно быстрыми, и эти установки часто отправлялись в новые подразделения, а не заменяли Mk. II на поле боя. Прибытие в 1944 году радара США SCR-584 стало катализатором быстрой замены всех этих установок, поскольку он объединял сканирование и отслеживание в едином блоке с внутренним генератором. В послевоенную эпоху они, в свою очередь, были заменены меньшими и более легкими радарами AA No. 3 Mk. 7 , которые оставались в эксплуатации до тех пор, пока зенитные орудия не были сняты с вооружения в конце 1950-х годов. ^[40]

Mk. I использовал две антенны, одну для передачи и одну для приема. Обе были построены на деревянных кабинах, похожих по конструкции на туристический прицеп , в которых находилась соответствующая электроника. Они были построены производителями железнодорожных вагонов , такими как Metro-Cammell , где дерево все еще было распространенным строительным материалом. Кабины были установлены на больших опорных плитах, которые позволяли всей сборке вращаться для отслеживания целей. Они, в свою очередь, были установлены на лафетах зенитной артиллерии для мобильности. Генераторная установка была размещена между ними и обеспечивала питание обеих. ^[24]

Система передатчика на Mk. I производила 3  ​​микросекундных длинных импульса пиковой мощностью до 50 кВт 1500 раз в секунду. ^[41] Они передавались полунаправленно, освещая всю область перед «линией выстрела» антенны передатчика перед кабиной. Антенна была расположена таким образом, что сигнал распространялся по вертикали больше, чем по горизонтали, поэтому значительная часть сигнала попадала на землю. Из-за используемых длинных волн этот сигнал сильно отражался вперед, и из-за геометрических соображений любой сигнал, попадающий на землю вблизи станции, отражался под достаточным вертикальным углом, чтобы смешаться с основным сигналом в интересующей области (около 30 километров (19 миль) вокруг станции). Это было целью мата GL, который не устранял отражения, но делал их гораздо более предсказуемыми. ^[23]

Отдельные блоки приемника диапазона и пеленга могли работать на нескольких частотных диапазонах. Оба приемника использовали общий генератор , который был отправлен в четырехтрубную радиочастотную (РЧ) секцию. Частота генератора могла переключаться между двумя широкими диапазонами, диапазон НЧ от 54,5 до 66,7 МГц и диапазон ВЧ от 66,7 до 84,0 МГц. ^[d] Затем приемники были точно настроены с помощью обычных вращающихся железных сердечников, которые были механически соединены для настройки обоих приемников с одного циферблата. ^[41] Чтобы исправить небольшие различия в двух приемниках, выход одного из сердечников можно было отрегулировать, скользя медным кольцом вдоль стойки. ^[10] Чтобы гарантировать, что сигнал не будет отражаться от одного из каскадов РЧ, приемник диапазона добавил буферную схему в конце каскада РЧ. ^[12]

Сигнал диапазона принимался на одиночный полуволновой диполь, установленный в середине горизонтальной антенной решетки, подавался на четырехламповый радиочастотный приемник, а затем на четырехламповую систему промежуточной частоты (ПЧ). Выходной сигнал подавался непосредственно на нижнюю пластину оси Y одного из двух ЭЛТ. Верхняя пластина на оси Y подавала выходной сигнал калибратора, что позволяло регулировать его так, чтобы луч был центрирован по вертикали. Таким образом, сигналы, принимаемые от антенны, заставляли луч отклоняться вниз, создавая всплеск, как в Chain Home. ^[5]

X-ось системы питалась генератором временной развертки, который тянул луч слева направо по экрану. Обычно временная развертка запускается для начала ее развертки, как только виден сигнал от передатчика, но, как отмечалось выше, это не обеспечивает точности, требуемой для этой роли. Вместо этого временная развертка была установлена ​​так, чтобы охватывать экран с гораздо большей скоростью, представляя только часть общего времени полета сигнала. Запуск временной развертки осуществлялся с помощью очень точного масляного потенциометра, который экспоненциально увеличивал заряд в конденсаторной батарее, пока он не достигал значения срабатывания. ^[41] Для обеспечения точности напряжений, покидающих систему потенциометра, требовалась очень сложная система заземления, поскольку любые паразитные напряжения могли подавить сигнал. ^[43]

Было два оператора измерительных дисплеев. Чтобы выполнить измерение дальности, оператор дальности поворачивал циферблат потенциометра, пытаясь совместить передний край целевого пятна с вертикальной линией на ЭЛТ. Дальность считывалась не с ЭЛТ, а с циферблата. Циферблат также поворачивал магнитный скольжение, или сельсин , как его чаще называют сегодня. Выходной сигнал магнитного скольжения использовался для прямого поворота элементов управления на предсказателе, позволяя радару постоянно обновлять измерение дальности. ^[41]

Измерение пеленга было получено на отдельной системе приемника и антенны. В этом случае использовались два полуволновых диполя, расположенных примерно на одной длине волны друг от друга по горизонтали на каркасе антенны. Обе антенны были соединены вместе электрически перед входом в приемники, при этом выходы одной из них были инвертированы. Это означало, что выходной сигнал падал до нуля, когда антенны были точно выровнены с целью. Любое несовпадение немного изменяло относительную фазу сигналов, создавая чистый сигнал, который поступал в приемник и создавал дисплей. Однако было невозможно узнать, какая из двух антенн была той, которая производила чистый выход; система давала указание, когда антенна была на цели, но не в какую сторону поворачиваться, когда она была вне цели. ^[41]

Приемник пеленга был в остальном идентичен версии с диапазоном и подавался на ЭЛТ таким же образом. Использовался более медленный генератор временной развертки, запускаемый тем же сигналом, что и первый, но настроенный на гораздо более медленное сканирование. В этом случае временная развертка не использовалась для измерения дальности, а горизонтальное расположение отметки не имело значения. Вместо этого временная развертка использовалась просто для того, чтобы оператор пеленга смотрел на ту же цель, что и оператор диапазона — интересующий сигнал будет где-то близко к центру. ^[41] Затем оператор пеленга поворачивал всю кабину приемника с помощью набора шестерен, соединенного с педалями велосипеда, ища точку, когда сигнал исчезал, указывая на то, что цель теперь была идеально выровнена между двумя антеннами. Эта система поиска нуля использовалась часто, поскольку она более четко указывает местоположения; максимальные сигналы, как правило, разбросаны. ^[41] Если цель не была выровнена, наличие сигнала не могло указать, в каком направлении поворачивать. Чтобы решить эту проблему, электрическая система коммутации на антенных фидерах позволяла им быть соединенными вместе в разных фазах, и, изучая, как изменялся сигнал при повороте переключателя, оператор мог определить, какая антенна была ближе к цели, процесс, известный как брекетинг . Система фазирования была введена EC Slow и стала известна как Slowcock . ^[41]

В целом системы, оборудованные GL/EF, были похожи на Mk. I, но добавили еще один набор антенн, расположенных вертикально вдоль лестницы, выступающей из верхней части кабины приемника. Первоначальная антенна диапазона была установлена ​​в нижней части лестницы, с двумя новыми антеннами, равномерно разнесенными вдоль нее. Антенны были разнесены примерно на половину длины волны, поэтому сигналы будут мешать конструктивно на одной паре и деструктивно на другой. Радиогониометр использовался для изменения относительной чувствительности верхней пары антенн, а выходы радиогониометра и антенны диапазона были отправлены на отдельные предварительные усилители. ^[14]

Для завершения системы был добавлен электронный переключатель, который был синхронизирован с сигналом 50 Гц Национальной сети . Сигнал использовался для переключения входа приемников с антенны диапазона на выход двух других антенн, смешанных через радиогониометр. Тот же сигнал также немного корректировал смещение оси Y ЭЛТ, так что альтернативные следы появлялись выше или ниже центра нового ЭЛТ, предназначенного для измерений высоты. Результатом было то, что верхний след содержал исходный сигнал диапазона, как и раньше, в то время как нижний след содержал выход радиогониометра; глядя вдоль нижнего следа под меткой диапазона, оператор мог поворачивать радиогониометр, пока сигнал не достигал нуля, показывая угол. Оператор периодически корректировал настройку, когда нижняя метка снова появлялась, пока цель двигалась. ^[14]

По мере разработки системы было введено еще одно усовершенствование, которое позволило осуществлять непрерывное отслеживание вместо периодической переустановки. Система коммутации была изменена таким образом, что диапазон отправлялся на верхнюю линию в течение 2,5 миллисекунд (мс), а сигналы диапазона и радиогониометра в течение 7,5 мс. Если сигнал был правильно обнулен, два верхних сигнала смешивались и создавали одну яркую вспышку на верхней трассе, в то время как нижняя трасса обнулялась, как и прежде. Если сигнал не обнулялся, слабая вторая вспышка, казалось, размывала верхнюю трассу, заметная еще до того, как вспышку на нижней трассе становилось видно. ^[23]

В ходе тестирования было обнаружено, что слабый сигнал только для диапазона становится трудноразличимым, когда сигнал шумный и прыгает. Последнее изменение добавило небольшую фиксированную задержку к сигналу только для диапазона, заставив его след сместиться вправо. Теперь на дисплее угла возвышения появились три отчетливых отметки, отметка угла возвышения справа, а два сигнала угла возвышения выровнены вертикально чуть левее. ^[23]

Распространенной проблемой антенных систем такого рода является невозможность узнать, принимается ли сигнал передней или задней частью антенны, которые одинаково чувствительны. Чтобы решить эту проблему, как только был замечен нуль, оператор пеленга включал сенсорный переключатель, который подключал вторую антенну, расположенную немного позади основной. Смешанный выход двух ясно указывал, с какой стороны находится цель, спереди или сзади. ^[41] Однако это приводило к проблемам в фазирующих системах, которые так и не были полностью устранены. ^{[23] [e]}

Система Mk. II была очень похожа на Mk. I* с GL/EF, хотя ряд мелких улучшений улучшили дальность и точность. Они включали более мощный передатчик, обновленную электронику приемника и уменьшение ширины импульса для обеспечения более точных измерений. ^[24] Более важным отличием был метод, используемый для получения разделенных трасс на дисплеях. В отличие от электронной системы, используемой на GL/EF, Mk. II использовал механическую и моторизованную систему, которую Бедфорд считал менее продвинутой. ^[23] Основная идея заключалась в использовании двух антенн, которые были направлены в немного разных направлениях, и чьи диаграммы приема перекрывались в середине. Сравнивая силу сигнала между двумя, оператор мог определить, была ли цель более центрирована на одной из антенн, и вращать их до тех пор, пока оба сигнала не стали бы одинаковой силы. Эта система широко использовалась в радарах RAF AI и ASV даже во время разработки Mk. I, но для того, чтобы ввести Mk. I в эксплуатацию, система не была включена в ее конструкцию. Mk. II был, по сути, попыткой адаптировать эти дисплеи к набору GL. ^[24]

В отличие от дисплея GL/EF, Mk. II использовал один приемник для каждой пары антенн. Переключатель быстро чередовал один или другой сигнал в приемнике. Он также посылал один из сигналов через короткую линию задержки. Однако он не перемещал базовую линию оси Y. Результатом был один след вдоль центра дисплея с двумя слегка разделенными точками, по одной от каждой антенны. Сравнивая относительные длины двух точек, оператор мог определить, какая антенна была ближе к цели, и продолжать вращать ее до тех пор, пока точки не становились одинаковой длины. ^[24]

Бортовые системы RAF перемещали антенны, перемещая весь самолет. В случае GL угол пеленга уже можно было перемещать с помощью вращающейся кабины. Верхняя антенна вертикальной пары могла перемещаться вверх и вниз по удлинению в виде лестницы, заставляя диаграмму направленности смещаться и, таким образом, позволяя измерять угол высоты. ^[24]

Другая проблема, решенная в Mk. II, заключалась в том, что один из сигналов был настолько широким, что на дисплее появлялось несколько самолетов. Это было решено просто добавлением второй системы передающих антенн. У одной была довольно узкая горизонтальная антенна, из-за чего передача была похожа на 20 градусов у Mk. I. У другой была гораздо более широкая антенная решетка, сужавшая диаграмму направленности и значительно облегчавшая выбор отдельных целей. Антенна с широкой диаграммой направленности использовалась во время первоначального поиска, и как только цель была выбрана, переключатель переключался, чтобы переключить передачу на узкий луч. Существуют изображения, на которых показаны обе антенны, объединенные в одной кабине. ^[24]

Mk. II также добавил простое, но эффективное калибровочное устройство, вал, соединенный с управлением высотой, который выходил за пределы кабины. Для калибровки ручка высоты поворачивалась на ноль, а телескоп соединялся с валом так, чтобы он был направлен на горизонт. Затем воздушный шар поднимался и отслеживался радаром, а поправки считывались через телескоп. ^[44]

• ARRL Antenna Book. Американская лига радиорелейной связи. 1984. ISBN 9780872594142. Получено 24 января 2025 г. .
• Остин, Брайан (2001). Schonland: Scientist and Soldier. CRC Press. ISBN 9781420033571. Получено 24 января 2025 г. .
• «Фрэнк Пенвер». BBC People's War . 23 сентября 2003 г. Архивировано из оригинала 28 декабря 2024 г.
• Бедфорд, Лесли (июль 1946 г.). «Разработка приемников артиллерийских радаров типа GL Mk.I, GL Mk.I* и GL/EF» Журнал Института инженеров-электриков . 93 (6): 1115– 1122. doi :10.1049/ji-3a-1.1946.0199 . Получено 24 января 2025 г.
• Беннетт, Стюарт (1993). История техники управления, 1930–1955. IET. ISBN 9780863412998. Получено 24 января 2025 г. .
• Браун, Луис (1999). Технические и военные императивы: история радаров Второй мировой войны. CRC Press. ISBN 9781420050660.
• Бернс, Рассел (2000). Жизнь и время А. Д. Блюмлейна. IET. ISBN 9780852967737. Получено 24 января 2025 г. .
• Добинсон, Колин (2001). Командование ПВО: британская противовоздушная оборона во Второй мировой войне. Метуэн. ISBN 9780413765406. Получено 24 января 2025 г. .
• Гоф, Джек (1993). Наблюдение за небом: история наземных радаров в противовоздушной обороне Соединенного Королевства. Канцелярия Ее Величества. ISBN 0117727237. Получено 24 января 2025 г. .
• Ловелл, Бернард (1991). Эхо войны: история H2S-радара. CRC Press. ISBN 9780852743171. Получено 24 января 2025 г. .
• Sayer, AP (1950). Армейский радар – историческая монография . Военное министерство. OCLC  39083472.
• Свордс, Шон (1986). Техническая история зарождения радара . Институт инженеров-электриков (П. Перегринус). ISBN 9780863410437.
• "Scientific Instrument Makers Honour Radar Pioneer" (PDF) . The Radio and Electronic Engineer . 51 (1): 10– 11. Январь 1981. doi :10.1049/ree.1981.0002. Архивировано (PDF) из оригинала 19 декабря 2024 г. . Получено 24 января 2025 г. .
• Уилкокс, Дэвид (2014). Армейский радар. Reveille Press. ISBN 9781908336842. Получено 24 января 2025 г. .

• Радар GL Второй мировой войны Mark II. Архивировано 2014-11-12 на Wayback Machine, описывает систему GL Mk. II, установленную в Форт-Джилкикере на южном побережье Великобритании. Несколько страниц на сайте подробно описывают схему радара, мата GL и связанных с ним орудий.