RX12874
RX12874 , även känd som det passiva detektionssystemet ( PDS ) och med dess smeknamn " Winkle ", var ett radardetektorsystem som användes som en del av Royal Air Forces radarnätverk Linesman /Mediator fram till början av 1980-talet. Winkle gick ur drift tillsammans med resten av Linesman-systemet när IUKADGE- nätverket ersatte det.
Winkle utvecklades i slutet av 1950-talet för att motverka carcinotronen , en radarsändare så effektiv att man till en början trodde att den skulle göra alla långdistansradarer värdelösa. Winkle använde ett nätverk av stationer för att lyssna efter carcinotron-sändningar och kombinerade informationen från dem för att spåra störsändarflygplanet så effektivt som en radar kunde.
Systemet var baserat på en serie av höghastighetsantenninstallationer ( HSA ) och AMES Type 85 ( "Blue Yeoman") radar. Båda användes som mottagare; Typ 85 användes främst för att mäta ankomsttiden för signalen, medan HSA snabbt skannade horisontellt för att extrahera en bäring. Information från HSAs och Type 85s kombinerades i en korrelator som använde triangulering och information om flygtid för att fastställa platsen för det störsändarbärande flygplanet.
När platsen väl hade bestämts matades den manuellt in i avlyssningskontrollenhetens displayer som om det vore en normal radarretur, endast särskiljd av sin lilla cirkelikon istället för en enda prick. Operatörer kunde minska Type 85-mottagarens känslighet medan radarn passerade den platsen, så att störningen inte skymmer skärmen i närliggande vinklar. I kombination med för identifiering av vän eller fiende ( IFF) gjorde detta att ett stridsflygplans signal kunde förbli synlig och avlyssningar kunde fortsätta som vanligt.
Historia
Carcinotron
1950 introducerade ingenjörer vid det franska företaget CSF (nu en del av Thales Group ) carcinotronen , ett mikrovågsproducerande vakuumrör som kunde ställas in över ett brett spektrum av frekvenser genom att ändra en enda inspänning. Genom att kontinuerligt svepa genom frekvenserna av kända radar , skulle den övermanna radarns egna reflektioner och förblinda dem. Dess extremt breda bandbredd innebar att en enda karcinotron kunde användas för att skicka störningssignaler mot vilken radar som helst som den sannolikt skulle möta, och den snabba inställningen innebar att den kunde göra det mot flera radarer samtidigt, eller svepa igenom alla potentiella frekvenser för att producera störtflod .
Carcinotronen avslöjades offentligt i november 1953. Admiralty Signals and Radar Establishment köpte en och monterade den på en Handley Page Hastings vid namn Catherine , och testade den mot den senaste AMES Type 80- radarn sent samma år. Som de befarade gjorde det radarskärmen helt oläslig, fylld med brus som gömde några riktiga mål. Användbar störning åstadkoms även när flygplanet befann sig under radarhorisonten , i vilket fall andra flygplan var tvungna att vara 20 miles (32 km) åt sidorna innan de var synliga utanför störningssignalen. Systemet var så kraftfullt att det verkade göra långdistansradar värdelös.
ROTOR
Typ 80 var en viktig del av ROTOR- systemet, ett omfattande radar- och kontrollnätverk som täckte hela de brittiska öarna . Catherine - testerna antydde att systemet skulle göras impotent innan det ens var helt installerat. Royal Aircraft Establishment (RAE) började omedelbart utveckla sina egna karcinotroner för V Bomber -styrkan under namnet Indigo Bracket, samtidigt som lösningar på störningsproblemet för RAF:s radar studerades.
Den första hänsynen var att carcinotronen gav en relativt svag signal, i storleksordningen 5 kW. När den användes i barrage-läge späddes detta ut till kanske 5 till 10 W per MHz bandbredd. På grund av radarekvationen var detta på långa avstånd fortfarande mycket starkare än reflektionen av multimegawattsignalen från själva radarn. När det störande flygplanet närmade sig stationen fanns det någon punkt där radarn började övermanna störsändaren, "självscreening" eller "genombränning". En mycket kraftfull sändare skulle öka räckvidden där detta inträffade. Ytterligare förbättringar kan uppnås genom att fokusera strålen hårt för att lägga så mycket kraft i den reflekterade signalen som möjligt.
Royal Radar Establishment (RRE) började utveckla ett sådant system med Metropolitan-Vickers (Metrovick) under namnet " Blue Riband" . Det antogs att en störsändare kunde producera så mycket som 10 W per MHz över hela S-bandet . Genom att använda tolv 4,5 MW klystron -sändare som sändes ut genom ett enormt antennsystem på 75 gånger 50 fot (23 gånger 15 m) producerade Blue Riband 11,4 W per MHz reflekterad signal vid 320 km, och övermannade därmed det antagna hotet . För att tvinga störsändaren att sprida ut sin signal över ett brett band, ändrade radarn slumpmässigt frekvenser med varje puls, över en 500 MHz bandbredd.
Att förändra strategier
Under denna period hade det pågått en debatt om användbarheten av luftvärn. Införandet av vätebomben innebar att ett enda flygplan kunde förstöra vilket mål som helst, och de högre hastigheterna och höjderna av bombplan innebar att bomberna kunde släppas längre bort. 1954 hade chefen för flygstaben dragit slutsatsen att närförsvar var värdelöst och började planera för att ta bort luftvärnsartilleri från försvaret. I december trodde planerare att den enda praktiska rollen för luftförsvaret var att skydda V-styrkan medan den sjösatte. I enlighet med denna roll fortsatte antalet radarstationer och jaktplan att minska under de närmaste åren när det skyddade området minskade runt Midlands.
års försvarsvitbok ändrade prioriteringar från bemannade bombplan till missiler. Det enda sättet att försvara sig mot en missilattack var avskräckning, så det var helt avgörande att V-styrkan överlevde. Detta innebar att varje attack, vare sig det görs med flygplan eller missiler, skulle kräva att V-styrkan startade omedelbart; Interceptorförsvaret kunde inte garantera deras överlevnad ens i fallet med en bombplansattack, och kunde inte göra något alls i fallet med missiler. I slutet av 1957 hade tanken på något försvar av avskräckningsstyrkan övergetts; en bombattack antydde helt enkelt att missiler följde efter. Nu skulle bombplanen starta till iscensättningsområden efter att ha mottagit något trovärdigt hot. Behovet av långdistanstäckningen av Blue Riband försvann.
En ny roll dök upp. Eftersom attacken sannolikt skulle komma från missiler, kan sovjeterna försöka blockera Ballistic Missile Early Warning System (BMEWS) genom att flyga flygplan långt till havs och använda en carcinotron mot det relativt smala bandet av BMEWS. De kan maskera en bombattack på V-styrkans baser på samma sätt genom att blockera ROTOR-radarerna. Sådan störning skulle kräva lansering av V-kraften medan hotets natur fastställdes, och upprepad spoofing av detta slag skulle snabbt kunna slita ut flygplanet och deras besättningar. Ett system för att upptäcka en sådan attack och motverka den ansågs värdefullt.
Denna roll skulle inte kräva det massiva Blue Riband och ledde till "Blue Yeoman"-konceptet, som kombinerar elektroniken i Blue Riband med en mindre 45 gånger 21,5 fot (13,7 x 6,6 m) antenn som ursprungligen utvecklades som en uppgradering för Orange Yeoman- radarn . . Associated Electrical Industries tog upp produktionen av detta system som AMES Type 85 . Eftersom dessa fortfarande hade lång räckvidd behövdes bara nio för att täcka större delen av Storbritannien. Med tiden minskades dessa planer upprepade gånger, vilket så småningom producerade ett system känt som Linesman med tre stationer som endast täckte de södra delarna av England, och skyddade Bomber Commands baser och BMEWS-radarn.
Korrelationsradar
1947 fick Royal Aircraft Establishment (RAE) uppdraget att utveckla styrda missiler , som tog över från en tidigare mångsidig grupp av insatser. Flera ingenjörer från RRDE skickades till RAE på Farnboroughs flygplats för att hjälpa till med utformningen av spårnings- och styrsystemen. Bland gruppen fanns George Clarke, som hade arbetat med LOPGAP- missilstyrsystemet men var mer intresserad av avancerad radarutveckling.
1949 uppfann Clarke en ny sorts identifieringsvän eller fiende (IFF)-system som inte behövde utlösas av en puls som skickades från marken. Istället skulle varje luftburen IFF sända signaler vid slumpmässiga tidpunkter. Detta undvek ett problem i tätt trafikerade områden där förfrågningspulsen från den jordade IFF-transceivern skulle generera så många transpondersvar att de skulle överlappa varandra i tid och störa varandra. I Clarkes system skickade transpondrarna naturligtvis ut svar utspridda i tid, vilket gjorde det mycket mindre sannolikt att de skulle överlappa varandra.
I en traditionell IFF tillät tiden mellan sändningen av förfrågningspulsen och dess mottagning att räckvidden till transpondern kunde bestämmas. I Clarkes system visste inte mottagaren när signalen sändes, och kunde inte längre använda denna metod. Istället skulle signalen tas emot av tre antenner, och med hjälp av en enhet känd som en "korrelator", mer känd idag som ett matchat filter , kunde pulser från en enda IFF-sändning plockas ut bland de många möjliga returerna. Genom att fördröja signalerna tills de ställdes upp i tid, extraherades skillnaden i tid som det tog signalen att nå var och en av antennerna. Skillnaden mellan två antenner resulterar i ett kontinuum av möjliga platser längs en hyperbel . Genom att göra liknande mätningar mellan alla stationerna, AB, BC och CA, konstrueras tre sådana hyperboler, som teoretiskt skär varandra i en enda punkt, men mer typiskt bildar en liten triangel på grund av inneboende felaktigheter. Idén togs inte upp för utveckling.
Senare samma år föreslog Clarke ett nytt missilspårnings- och styrsystem baserat på samma grundläggande teknik. På grund av korta flygtider skulle ett missilspårningssystem vilja upptäcka målet så snabbt som möjligt, men eftersom tidens radar roterades mekaniskt fanns det en gräns för deras avsökningshastighet. Clarke föreslog att man skulle använda en enda stor "strålkastare"-sändare och tre mottagare placerade i hörnen av en 15 miles (24 km) baslinjetriangel. Signalen som reflekteras från något objekt i området skulle omvandlas till en plats på samma sätt som IFF-systemet. Alla mål i det upplysta utrymmet kunde lokaliseras samtidigt och kontinuerligt. En genomgång av konceptet antydde att det fanns för många okända faktorer för att börja seriös utveckling, och Clarke flyttades till en grupp som arbetade med radarmotåtgärder.
Winkle
1951 föreslog Clarke ytterligare ett system baserat på samma principer, denna gång som ett sätt att spåra flygplan som bär störsändare. RAE övervägde konceptet och föreslog att det fanns tre möjliga sätt att använda det på; den första var konceptet med tre stationer i Clarkes missilförslag, den andra använde vinkelmätningar från två antenner med stora avstånd för enkel triangulering, den tredje använde två antenner för att hitta en hyperbel med Clarkes metod och en vinkelmätning från en av de två stationerna att skära med den.
Även om lösningen med två vinklar kan tyckas vara den enklaste, lider den av ett problem när det finns mer än en störsändare i ett område. Mot en enda störsändare tar mottagarna både emot signalen och mäter dess vinkel relativt sin station. När dessa vinklar plottas på en karta skär de varandra på en enda plats. Om det finns två störande flygplan i området kommer båda stationerna att göra två vinkelmätningar. När dessa är ritade kommer det att finnas fyra korsningar; två av dessa rymmer flygplan, de andra två är "spöken". En tredje ökar detta till nio poäng och sex spöken, och så vidare. RAF önskade ett system som kunde hantera massräder, så denna lösning var inte lämplig.
Korrelatorer undviker detta problem eftersom de är extremt känsliga för detaljerna i signalpulserna, till den punkt där pulser som tas emot från två olika flygplan inte kommer att producera en utsignal. Endast när korrelatorn matas signalerna från samma störsändare kommer ett resultat att returneras, vilket tar bort tvetydigheten. Att använda korrelationssystem som det enda mätsystemet skulle fungera, som Clarke ursprungligen föreslog, men detta skulle kräva två eller tre av de dyra korrelatorsystemen. Således valdes konceptet med en vinkelmätning och en korrelation ut som den bästa kompromissen.
Norman Bailey från vad som då fortfarande var Telecommunications Research Establishment skrev ett dokument om ämnet, som visade att konceptet var genomförbart. 1954 Marconi ett kontrakt med RAE för att producera ett experimentellt system under kodnamnet "Winkle". Det mesta av utvecklingsarbetet utfördes vid Marconi Research Center i Great Baddow .
De designade ett system som använde en antenn med en relativt bred acceptansvinkel, runt 70 grader horisontellt, som användes vid mätning av korrelationen. När en korrelation upptäcktes, skulle ett elektroniskt skanningssystem snabbt mäta vinkeln med en noggrannhet på ungefär en grad. För att korrelationen skulle fungera måste signalen från de två vitt åtskilda antennerna kombineras i korrelatorn. Detta åstadkoms med hjälp av ett mikrovågsrelä mellan stationerna. En experimentell version konstruerades mellan Great Baddow och Royal Radar Establishment 's South Site i Great Malvern , cirka 100 miles (160 km) från varandra.
Ett andra system med prototypmottagare byggdes 1956 mellan RAF Bard Hill i Norfolk och RAF Bempton i Yorkshire . Inledande tester utfördes med en störsändare placerad på ett torn mellan de två stationerna, och denna användes för att vidareutveckla korrelatorsystemet. De flyttade så småningom till flygplanstester. I ett test var fyra flygplan, alla med störsändare, korrekt inritade.
När Blue Riband avbröts i början av 1958, och det nya hotet om BMEWS-jamming identifierades, såg konceptet ett nytt intresse. En designstudie för ett system som en del av den nya radarutbyggnaden känd som Plan Ahead, som senare blev Linesman, började i slutet av 1958, följt av ett utvecklingskontrakt i augusti 1959.
Spridning
Grundkonceptet krävde att korrelatorn matades med samma signal från de två antennerna. Detta gav ett problem; korrelatorn tog kort tid att utföra sitt arbete, längre än den ideala scanningshastigheten under vinkelmätningen. Detta skulle kunna lösas med separata korrelatorer vid varje uppmätt vinkel, men kostnaden skulle vara oöverkomlig. Ett nytt system designades som använde ett litet antal korrelatorer och en dator som ett minnessystem som gjorde det möjligt att detektera potentiella korrelationer under skanningsperioden. Korrelatorerna skulle göra sin mätning, lagra sina resultat i datorn och sedan vara tillgängliga för en mätning i en annan vinkel.
Utvecklingen gick smidigt och produktionen startade 1962 även medan utvecklingen pågick. Den första höghastighetsantennen byggdes vid Marconis fabrik i Bushy Hill och kopplades till prototypen Blue Yeoman vid RRE i Great Malvern . Systemet demonstrerades för en Nato- delegation i maj 1964. Den första produktionsplatsen vid RAF Neatishead planerades att börja testas i oktober 1965, och de två följande stationerna vid RAF Staxton Wold och RAF Boulmer färdigställdes före schemat i början av 1966.
Den första baslinjen med dessa tre stationer började testas i mars 1966. Efter avsevärda tester och några mindre korrigeringar klarade Staxton Wold-platsen sina acceptansförsök i maj/juni 1968 och överlämnades till RAF i oktober. Boulmer och Dundonald följde efter i november och Neatishead i december.
Ersättning
Även om utvecklingen av PDS gick ganska smidigt gällde inte detsamma för resten av Linesman-systemet. Typ 85-radarerna försenades upprepade gånger och började inte fungera förrän 1968. Den centrala kontrollstationen i Londonområdet var inte fullt fungerande förrän i november 1973. Vid den tiden hade alla planer på att utöka Linesman övergivits.
Den centrala platsen, känd som L1, var inte härdad. När Linesman designades i slutet av 1950-talet antogs det att alla krig snabbt skulle förvandlas till kärnvapen, och om H-bomber skulle avfyras var det ingen idé att försöka förhindra L1:s förstörelse. Men när Sovjetunionen började nå strategisk paritet med Nato i slutet av 1960-talet förändrades detta tänkande. Nu var tanken på kärnkraftsutbyten tidigt i kriget inte längre trovärdig. Det verkade som om ett långvarigt konventionellt krig skulle föregå alla kärnvapen, eller aldrig bli kärnvapen.
I den här miljön kunde sovjeterna bomba radarn vid land eller till och med L1 med konventionella vapen utan rädsla för att utlösa ett kärnvapenkrig. De skulle då ha obegränsad tillgång till Storbritanniens luftrum. Eftersom Linesman-systemet i första hand designades för tidig varning och anti-jamming under ett kortare kärnvapenkrig, hade det inte den kapacitet som behövdes för att hantera uppföljande attacker. Denna förändring i uppfattat hot antydde att Linesman-systemet var extremt sårbart. Vad värre är, carcinotron kan användas mot mikrovågslänkarna mellan stationerna, vilket gör systemet oanvändbart. Redan innan det nådde sin fas 1-tillgänglighet, beslutades det att överge ytterligare förbättringar av systemet och använda dessa medel för att designa och köpa dess ersättare så snart som möjligt.
Marconi hade redan utvecklat nya radarsystem med en unik mottagardesign och svarade på detta behov genom att introducera Marconi Martello- serien av passiva elektroniskt skannade array- radar (PESA). Av olika anledningar var dessa mycket mindre känsliga för störningar än radarer som var tvungna att skanna mekaniskt, och för de flesta användningsområden gjorde dessa carcinotronen mycket mindre effektiv. Martellos gick i tjänst med RAF som AMES Type 90 och Type 91 som en del av ett rikstäckande system känt som Improved UKADGE , och ersatte hela Linesman-systemet 1984.
Beskrivning
High Speed Aerial (HSA) har utformats för att ha partiell vertikal fokusering så att den kan skanna till höga höjdvinklar. Under normal mottagning tillät en serie matningshorn att signaler från var som helst över antennens framsida kunde tas emot i ett mönster som var cirka 70 grader brett.
Denna brist på fokusering var avsiktlig, eftersom det innebar att de två antennerna på en baslinje inte behövde peka mot samma mål samtidigt, något som bara skulle vara möjligt om den grova platsen redan var känd. Istället behövde antennerna helt enkelt peka i samma allmänna punkt på kompassrosen, och om ett mål var någonstans framför någondera, skulle deras signaler radas upp i korrelatorn.
Eftersom antennen hade ett brett acceptområde och ett eget skanningssystem behövde den inte nödvändigtvis rotera. I vissa lägen kunde den ställas in på en av fyra fasta vinklar arrangerade för att täcka vardera sidan av baslinjen mellan HSA och dess associerade Type 85. Det fanns två inställningar på vardera sidan, "nära look" och "far look". Alternativt kan HSA rotera synkront med Type 85-antennen, normalt utföra en komplett 360 graders scan vid 4 rpm, eller alternativt en sektor scan med samma vinkelhastighet på 24 grader per sekund. Detta innebar att både radarn och PDS hade samma "datahastighet".
Under normala operationer skannade den tillhörande Type 85 kontinuerligt. När Type 85 skannade förbi en störsändare, skulle störsändarsignalen kort nå korrelatorn. Så länge som HSA var riktad i samma allmänna riktning skulle den skicka samma signal till korrelatorn, och korrelatorn skulle mata ut en "matchning". När en tändsticka sågs, skulle HSA sedan använda sin orgelrörsskanner för att snabbt skanna horisontellt. Den smala strålen på Type 85 målade vilket enstaka mål som helst för bara cirka 1 ⁄ 50 sekund, och HSA skannade hela 70 graders utrymmet framför sig under den perioden. Detta är ursprunget till namnet "hög hastighet".
Under skanningen skulle störsignalen fortfarande vara synlig för Type 85 och skulle även dyka upp i två eller tre av matarhornen på HSA. Dessa signaler matades in i en bank av korrelatorer. Korrelationen tar lite tid, så det behövdes flera korrelatorer för att kunna utföra jämförelserna parallellt för flera av foderhornen samtidigt. Detta var syftet med att lagra utdata i en dator; istället för en korrelator för varje matarhorn använde systemet ett mindre antal arrangerat i en slinga, och så snart en korrelation var klar lagrades dess mätning i datorn och användes sedan för att utföra korrelationen på nästa matarhorn .
När skanningen var klar skickades dessa data till en unik "theta-phi"-skärm. Skärmen ritades genom att skanna vertikalt, i motsats till horisontellt som i konventionell analog tv . Varje vertikal skanning visade korrelatorvärdet uppmätt genom ett av matarhornen, och sedan flyttades det något åt höger för att upprepa detta för nästa matarhornsvärde. Resultatet var en XY-visning där X-koordinaten var vinkeln och Y-koordinatens intervall.
Eftersom signalen sannolikt skulle vara synlig i flera av matningshornen, eftersom deras mottagningsmönster överlappade något i den horisontella axeln, visade sig målet inte som en enda prick utan en "konstellation" av tätt åtskilda punkter. Operatören kunde kontrollera förstärkningen för att få de svagare punkterna att försvinna och sedan uppskatta platsen för flygplanet i den återstående uppsättningen. De skulle sedan använda en vanlig rösttelefonlänk till en operatör vid L1-stationen, som manuellt skulle ange platsen i huvuddisplayerna. För att underlätta konverteringen från XY till en kartplats lade displayen till ytterligare vertikala linjer för att dela upp displayen i "sektorer" som sedan kunde slås upp på en karta.
På grund av de "staplade" vertikala strålarna av Type 85 var det fortfarande möjligt att hitta höjd genom att undersöka vilka strålar som tog emot störsignalen och vilka som var fria från den.
Anteckningar
Citat
Bibliografi
- Gough, Jack (1993). Watching the Skies: en historia av markradar för luftförsvaret i Storbritannien av Royal Air Force från 1946 till 1975 . HMSO. s. 172–188. ISBN 978-0-11-772723-6 .
- Simons, Roy; Sutherland, John (1998). "Fyrtio år av Marconi Radar från 1946 till 1986" ( PDF) . GEC Review . 13 (3).
- Barrett, Dick (5 mars 2002). "RX12874 – Passiv detektion" .