Gee-H (navegação) - Gee-H (navigation)

Gee-H , às vezes escrito GH ou GEE-H , era um sistema de navegação por rádio desenvolvido pela Grã-Bretanha durante a Segunda Guerra Mundial para auxiliar o Comando de Bombardeiros da RAF . O nome se refere ao uso do sistema do equipamento Gee anterior , bem como ao uso do "princípio H" ou "princípio de alcance duplo" de determinação de localização. Seu nome oficial era AMES Type 100 .

Gee-H foi usado para suplantar o sistema de bombardeio Oboé , que funcionou em linhas semelhantes. Ao medir e manter uma distância fixa de uma estação de rádio, o bombardeiro podia navegar ao longo de um arco no céu. As bombas foram lançadas quando alcançaram uma distância definida de uma segunda estação. A principal diferença entre Oboé e Gee-H era a localização do equipamento; Oboé usava telas muito grandes em estações terrestres para fazer medições muito precisas, mas só conseguia direcionar uma aeronave de cada vez. Gee-H usava equipamento muito menor a bordo da aeronave e era um pouco menos preciso, mas podia dirigir até 80 aeronaves por vez.

O Gee-H entrou em serviço em outubro de 1943 e foi usado pela primeira vez com sucesso em novembro contra a siderúrgica da Mannesmann em Düsseldorf na noite de 1/2 de novembro, quando cerca de metade dos conjuntos falharam, deixando apenas 15 aeronaves para bombardear a fábrica. Gee-H permaneceu em uso durante a guerra, embora tenha sofrido um considerável bloqueio por parte dos alemães. Também permaneceu um acessório padrão de aeronaves RAF do pós-guerra, como o English Electric Canberra .

Gee-H foi adaptado pela RCA para o sistema SHORAN dos tempos de guerra dos EUA com maior precisão. O mesmo conceito básico permanece amplamente utilizado hoje como o sistema civil DME .

História de desenvolvimento

Navegação para medição de distância

Determinar sua localização no espaço 2D requer duas medidas de ângulo ou alcance - duas medidas de ângulo, duas medidas de distância ou um ângulo e uma distância. A radionavegação inicial baseava-se tipicamente em duas medições de ângulos usando localizadores de direção de rádio , mas estes eram precisos apenas em alguns graus e forneciam uma precisão limitada da ordem de dezenas de milhas. O desenvolvimento de sistemas baseados em alcance teve que esperar até que a invenção da medição de tempo precisa dos sinais de rádio fosse possível, o que surgiu como resultado do desenvolvimento do radar .

A Luftwaffe foi pioneira no uso de sistemas de radionavegação de medição de distância com seu sistema Y-Gerät em 1941. Y-Gerät usou um único feixe tipo Knickebein para guiar o bombardeiro na direção correta e um transponder de bordo para medições de distância. Um sinal especial era enviado periodicamente de uma estação terrestre e, na recepção, o transponder enviava um pulso de resposta após um atraso conhecido. Um operador de solo usou um osciloscópio para medir o tempo entre a transmissão e a recepção e deduziu o alcance de maneira semelhante aos sistemas de radar convencionais. Ele então transmitiu essas informações ao homem-bomba por rádio, dizendo-lhes quando deveriam lançar suas bombas.

A desvantagem do sistema de navegação do tipo feixe é que os feixes não podem ser focalizados perfeitamente e, na prática, são em forma de leque, ficando mais largos com o aumento da distância da emissora. Isso significa que eles têm uma precisão decrescente com o aumento do alcance. As medições de distância dependem apenas da precisão do equipamento e são independentes do alcance. Isso significa que sua precisão é uma porcentagem fixa da medição e, portanto, é linear com o intervalo. É possível usar duas dessas medições para fornecer uma localização fixa , mas tais sistemas são geralmente difíceis de usar, pois exigem que duas medições de alcance sejam feitas em rápida sucessão, enquanto a aeronave está em movimento.

Oboé

O Ministério da Aeronáutica desenvolveu um sistema de medição de distância conhecido como Oboé, que começou a alcançar a Força Pathfinder no final de 1941 e foi usado experimentalmente em 1942. Oboé evitou os problemas com duas medições de distância usando apenas uma de cada vez.

Antes da missão, a distância de uma das estações Oboé até o alvo foi medida, e um arco desse raio desenhado em uma carta de navegação convencional. Por exemplo, a distância entre a estação Oboé perto de Walmer e um alvo em Düsseldorf seria de cerca de 235 milhas (378 km), então um arco com um raio de 235 milhas ao redor da estação seria desenhado, passando por Düsseldorf. Agora, o "alcance" das bombas lançadas seria calculado. Alcance é a distância entre o ponto onde as bombas são lançadas e o ponto onde elas impactam. Para missões em torno de 20.000 pés de altitude, o alcance é normalmente da ordem de 1,5 milhas (2,4 km) para uma aeronave de alta velocidade como o Mosquito de Havilland . Os planejadores da missão calculariam então a localização ao longo desse arco onde as bombas precisariam ser lançadas para atingir o alvo. Esse cálculo, feito em solo, pode ser tão demorado quanto necessário, permitindo considerar os ventos, a pressão atmosférica e até mesmo a minúscula força centrífuga gerada pela aeronave seguindo a curva de raio de 235 milhas.

Durante a missão, o bombardeiro voaria perto de uma extremidade do arco ou de outra, usando qualquer meio de navegação, incluindo cálculo morto . Quando estivessem perto do local pré-combinado, o transponder era ativado e a estação de oboé media a distância atual. Essa estação "felina" enviaria um sinal de rádio de frequência de voz de pontos ou traços, permitindo que o piloto ajustasse seu caminho para que estivessem precisamente na faixa certa, ponto em que enviariam um tom constante, o " equisignal ". Os operadores continuariam a observar a posição da aeronave, enviando sinais de correção conforme necessário para que o piloto pudesse continuar a ajustar seu caminho ao longo do arco.

Enquanto isso, uma segunda estação também estava medindo a distância até o bombardeiro. Esta estação estava equipada com o valor do alcance da bomba calculado anteriormente, e tinha usado isso para calcular a distância entre sua estação e o bombardeiro no ponto onde as bombas precisavam ser lançadas. Quando esta estação de mouse viu o bombardeiro se aproximando do ponto de lançamento, ela enviou uma série de sinais em código Morse para informar ao piloto que o ponto de lançamento estava se aproximando. No instante preciso, enviaria outro sinal morse que lançaria as bombas automaticamente.

A principal limitação do Oboé era que ele só poderia ser usado por uma aeronave de cada vez. Como demorou cerca de 10 minutos para que o bombardeiro se posicionasse adequadamente ao longo do arco, esse atraso significava que o sistema não poderia ser usado para um grande ataque com várias aeronaves em sucessão. Em vez disso, o Oboé foi usado para guiar a aeronave de marcação de alvo da força de descoberta, dando à força principal de bombardeiros um ponto de mira preciso em qualquer clima. Como alternativa, o Oboé às vezes era usado para ataques a alvos pontuais por uma única aeronave ou um pequeno número caindo um após o outro. Em testes, Oboé demonstrou precisões maiores do que as miras de bombas ópticas durante o dia com bom tempo.

Uma nova abordagem

O Oboé estava limitado a uma aeronave porque o transponder de bordo enviaria pulsos toda vez que as estações terrestres os consultassem. Se mais de uma aeronave ligasse o Oboé, as estações terrestres passariam a receber vários pulsos de retorno a cada consulta, sem como distingui-los.

Uma solução para esse problema é fazer com que cada estação de Oboé envie um sinal ligeiramente diferente, normalmente alterando o envelope do sinal que ela transmite para a aeronave. Estações semelhantes com diferentes modificações de sinal podem ser localizadas em todo o Reino Unido, de modo que todas elas sejam visíveis a uma aeronave sobre a Alemanha. Uma aeronave que liga seu transponder receberá e retransmitirá sinais de todos eles. Embora todas as estações terrestres recebam todos os sinais, elas podem escolher seus próprios sinais procurando seu sinal exclusivo. Esta mudança permite que muitas estações de Oboé estejam operacionais ao mesmo tempo, embora não ajude a situação se mais de uma aeronave ligar seu transponder.

Agora, considere inverter a localização dos transmissores e receptores , de forma que o receptor fique na aeronave e o transmissor no solo. Agora, cada aeronave gera um padrão de sinal diferente e os operadores da aeronave podem procurar seu próprio sinal e ignorar os outros. Qualquer número de aeronaves pode usar a mesma estação ao mesmo tempo. Contanto que a estação terrestre esteja equipada para mudar rapidamente os sinais e a aeronave não faça consultas com muita frequência, a chance de mais de uma aeronave consultar a estação ao mesmo tempo é baixa. Este é o conceito básico por trás do Gee-H.

Gee-H

O líder do GH, Avro Lancaster B Mark III, do Esquadrão No. 467 RAAF , ao iniciar sua corrida de decolagem na RAF Waddington , agosto de 1944

O primeiro sistema de radionavegação a ser operado pelo Comando de Bombardeiros foi o Gee . Este operava enviando dois pulsos de tempo conhecido de estações terrestres que eram captados pela aeronave e lidos em um osciloscópio. O tempo entre as transmissões não era fixo e variava de estação para estação, então o equipamento do bombardeiro tinha um sistema que permitia se ajustar a isso.

O receptor tinha um oscilador local que fornecia um gerador de base de tempo que podia ser ajustado. Quando o receptor foi ligado pela primeira vez, os pulsos da estação terrestre se moveram pelo visor porque as duas bases de tempo não estavam sincronizadas. O operador então sintonizou seu oscilador até que os pulsos parassem de se mover, o que significava que o oscilador local estava agora precisamente na mesma frequência de pulso da estação terrestre. O receptor possuía dois sistemas completos deste tipo, permitindo ao operador receber sinais de duas estações e facilmente compará-las e fazer medições simultâneas.

Para implantar rapidamente o novo design, decidiu-se reutilizar o máximo possível do equipamento Gee. Gee já incluía o visor do osciloscópio e a unidade receptora, então tudo o que era necessário era uma unidade emissora que acionaria o transceptor da estação terrestre. Ele foi projetado para operar nas mesmas frequências do Gee, de modo que o receptor existente e o equipamento de exibição nos bombardeiros pudessem ser usados.

O novo transmissor envia pulsos cerca de 100 vezes por segundo. O tempo dos pulsos foi ligeiramente avançado ou retardado de exatamente 100 por segundo. Isso significava que cada aeronave tinha um tempo ligeiramente diferente. O mesmo sinal também foi enviado para a unidade de exibição do Gee para iniciar o feixe de exibição movendo-se pela face da tela, em vez de usar o oscilador sintonizado manualmente do Gee. Dessa forma, os sinais recebidos que não tinham o mesmo tempo de interpulso pareceriam se mover para um lado ou para outro, exatamente como um Gee mal ajustado. Apenas os sinais provenientes do próprio transmissor da aeronave se alinhariam no display e permaneceriam imóveis. Esse ajuste deliberado do tempo era conhecido como "jittering".

O atraso do Gee original ainda foi usado, mas foi reaproveitado. Em operação, o navegador definiria primeiro o atraso do traço superior no visor do Gee para uma figura conhecida que correspondesse ao raio do arco ao longo do qual eles queriam voar. Isso moveria o "blip" do transmissor local ao longo da tela. Os sinais recebidos seriam então invertidos e enviados para o display. O navegador poderia então direcionar o piloto para o caminho certo, dando instruções até que os blips superior e inferior estivessem alinhados. O mesmo foi feito para o segundo canal, configurando-o para a faixa pré-calculada onde as bombas deveriam ser lançadas. Uma vez que eles permaneceram à mesma distância de uma estação, o operador só tinha que verificar isso periodicamente, enquanto observava o traço inferior em movimento enquanto o blip ativo se movia lentamente ao longo do visor em direção ao blip do cronômetro até que eles se sobrepusessem e as bombas fossem lançadas.

O tempo gasto pelo transceptor para receber um pulso, enviar a resposta e retornar à condição de recebimento foi de cerca de 100 microssegundos. Com uma temporização de pulso de cerca de 100 por segundo, um transceptor ficaria ocupado por 10 ms em cada segundo respondendo aos sinais de qualquer aeronave. Isso deixaria 990 ms livres para responder a outras aeronaves, dando uma capacidade teórica de 100 aeronaves. Na prática, devido ao "jitter", cerca de 70 a 80 aeronaves poderiam usar uma estação por vez.

O sistema tinha a vantagem adicional de que cada aeronave selecionava seu tempo, o que tornava o bloqueio mais difícil. Com a maioria dos sistemas de navegação pulsada como Gee e Y-Gerät, é relativamente fácil bloquear o sistema simplesmente enviando pulsos adicionais na mesma frequência, bagunçando o display e tornando muito difícil para o operador ler o sinal. Os britânicos usaram essa técnica com grande efeito contra Y-Gerät, e os alemães retribuíram o favor contra Gee. No final do período da guerra, Gee era geralmente inútil para bombardeios e usado principalmente como um auxílio à navegação ao retornar à Inglaterra.

No caso do Gee-H, cada aeronave tinha um tempo único. Para bloquear o receptor, o bloqueador também deve ter um tempo semelhante. Mas, como um único sinal pode ser usado por dezenas de aeronaves, seriam necessários dezenas de bloqueadores configurados para tempos ligeiramente diferentes. E como também havia dezenas de transceptores, muitos sinais de engodo não utilizados, a magnitude do problema de interferência era consideravelmente mais difícil.

Como o sistema Gee-H usava equipamento Gee, desligar o transmissor de interrogação o transformou em uma unidade Gee normal. Em uma missão típica, o conjunto seria usado no modo Gee ao deixar a Inglaterra e formar um fluxo de bombardeiros , mudaria para o modo Gee-H durante a missão e, em seguida, retornaria ao modo Gee novamente no voo de retorno para encontrar sua base aérea . Como o Gee podia ser lido diretamente em um mapa, era extremamente útil para a navegação geral, enquanto o Gee-H só era usado praticamente para navegar para um único local.

A falha principal do Gee-H também foi um efeito colateral do uso do equipamento Gee; o uso de uma frequência mais alta permitiria um envelope mais apertado, o que permitiria medições de tempo mais precisas e, assim, melhoraria a precisão. Além disso, como o sistema usava o pequeno osciloscópio transportado por bombardeiro de Gee para as medições, ele não tinha a mesma precisão visual do Oboe, que usava osciloscópios de 12 polegadas desenvolvidos especificamente para essa finalidade. Gee-H alcançou precisão de cerca de 150 jardas a 300 milhas, enquanto Oboé foi bom para cerca de 50 jardas. Tal como acontece com todos os sistemas baseados em VHF e UHF, Gee-H foi limitado a distâncias fora da linha de visão , neste caso, limitando-se a cerca de 300 milhas.

Gee-H foi a chave para a Operação Glimmer , um "ataque" diversivo durante a Operação Overlord que distraiu e imobilizou as defesas alemãs em Calais enquanto a frota de invasão real estava a 200 milhas de distância, na Normandia. Bombardeiros equipados com Gee-H do Esquadrão 218 voaram baixo, em círculos apertados, lançando "Window" (chaff) sobre pequenos navios equipados com transponder de radar, a fim de enganar os radares alemães que eles eram a frota de invasão principal.

Designações do Ministério da Aeronáutica

• Gee-H Mk. I - Instalação de rádio aerotransportado (ARI) 5525
• Gee-H Mk. II - ARI 5597
• Gee-H Mk. II (Tropicalizado) - ARI 5696

Veja também

• Batalha dos Feixes
• Feixe de Lorenz
• Oboé (navegação)
• Lista de equipamentos de guerra eletrônica da Segunda Guerra Mundial

Referências

Citações

Bibliografia

links externos

• Laboratório de radiação do MIT - Série 3 - Faróis de rádio - página 16