תצוגת מכ"ם

מערכות מכ"ם מודרניות משתמשות במסכים על מנת להציג את המידע שקיבל ואופן מיפוי השטח או הנפח. המידע שמפיק המכ"ם מקורו בקרינה אלקטרומגנטית אשר מחוזרת מעצם המצוי בתחום אלומת השידור של המשדר, מתקבלת במקלט, אשר ממיר את הקרינה לאות אנלוגי אלקטרוני רציף של מתח משתנה (או מתנודד). עם המצאת המכ"ם, אופן הצגת הנתונים לכדי "תמונה" בהירה היה תהליך מורכב, שהוביל לפיתוח מספר תצוגות ייחודיות של הנתונים.

אוסצילוסקופים

מערכות מכ"ם מוקדמות אימצו לצורך תצוגה אוסצילוסקופים. האוסצילוסקופ בדרך כלל מקבל קלט מכשלושה ערוצים הקולטים מתח משתנה (או מתנודד) ומציג את המידע הזה בעזרת שפופרת קרן קתודית. האוסצילוסקופ מגביר שניים מקלטי המתח ומעביר אותם דרך שני מגנטי הסחה וקלט מתח אחד לתותח אלקטרונים שמפיק נקודה בוהקת על מסך התצוגה. מגנט אחד מסיט את הקרן בכיוון האופקי, האחר בכיוון האנכי, והקלט לתותח האלקטרונים מגביר או מפחית את הבהירות של הנקודה. מקור מתח ידוע מובנה לכל אחד משלושת הערוצים מאפשר למפעיל להציב נקודת אפס.

בתצוגת מכ"ם, מקלט המכ"ם שולח אות דרך אחד משלושת ערוצי הקלט אל האוסצילוסקופ. תצוגות מוקדמות שלחו את המידע הזה דרך אחד משני הערוצים X או Y כדי להזיז את הנקודה על המסך כדי להעיד על חזרות. מכ"מים מודרניים יותר השתמשו באנטנה מסתובבת או אנטנה נעה אחרת כדי לכסות שטח גדול יותר של השמיים, ובמקרים אלו, האלקטרוניקה, מוגבלת לתנועה המכנית של האנטנה, הזיזה באופן טיפוסי את ערוץ ה-X וערוץ ה-Y.

סקופ A
ה-סקופ A או תצוגת A, מראה רק את הטווח למטרות (ללא הכיוון). מספר אנשים התייחסו לתצוגות הללו כתצוגות R (קיצור של Range Scope). בתצוגת A נעשה שימוש במערכות המכ"ם המוקדמות ביותר במהלך מלחמת העולם השנייה, ובאופן מיוחד על ידי מערכת הצ'יין הום הבריטית.

הקלט הראשי לסקופ A היה אות החזרה המוגבר שהתקבל על ידי המכ"ם, שנשלח דרך ערוץ ה-Y ׁׁ(ציר ה-Y) של התצוגה. חזרות גרמו לנקודה הבוהקת להיות מוסטת מעלה, ולהציג קווים אנכיים על הסקופ. קווים אלו כונו "בליפ" ("blip"). קלט ה-X היה מחובר למקור מתח שהפיק גל שן מסור שגרם לנקודה להתנודד אופקית לאורך התצוגה, ותדירותו תוזמנה כך שתתאים לתדירות שידור הפולסים (PRF - Pulse Repetition Frequency) של המכ"ם. מה שגרם לפיזור העקבות האנכיים לרוחב התצוגה בהתאם לזמן שבו האותות נתקבלו. מכיוון שזמן החזרה של אות הוא ביחס ישר למרחק מן המטרה חלקי מהירות האור, לפיכך, המרחק לאורך הכיוון האופקי מעיד על המרחק למטרה. המרחק הזה נמדד לאורך סקלה בתחתית התצוגה.

מכ"מים אמריקניים וגרמניים מוקדמים השתמשו ב-J סקופ, שהיה גרסה מתקדמת של סקופ A, שבו המרחק הוצג כזווית הסובבת את פני התצוגה. הסידור הזה אפשר דיוק גבוה יותר בקביעת המרחק אל המטרה עם תצוגה באותו גודל כמו של ה-A סקופ, ומכיוון שהקו הנוצר משתמש בהיקף כולו של התצוגה במקום רק המרחק האופקי (כך שהקו ארוך פי π).

מספר מכ"מים מוקדמים, וביניהם גרסאות של מערכת הצ'יין הום, השתמשו בסקופ HR (קיצור "Height-Range"), שהיה סקופ A מותאם, שהציג בתצוגה אחת החזרות משתי אנטנות, בעוד הן היו ממוקמות אנכיות זו לזו ובעלות זוויות הגבהה שונות במקצת. באמצעות השוואת עוצמת שני ה-"בליפים", הגובה של המטרה יכול היה להיקבע ברמה מסוימת של דיוק (באמצעות טריגונומטריה מתאימה; עוצמת האות יחסית למפתח האנטנה בכיוון ממנו מתקבל האות). זה נעשה באמצעות שימוש בטבלה נספחת הממירה יחסי גדלים לזווית הגבהה.

גרסה מותאמת דומה של תצוגת סקופ A היה בשימוש במכ"מי חיפוש קרקעיים, במיוחד במכ"מי Air-Surface-Vessel) ASV). במקרה הזה, שתי אנטנות מקלט מוקמו בחזית למראת מחזירור משותף, והצביעו ימינה ושמאלה במקצת לקו המרכז של מטוס. קבלת אותות משניהם, באמצעות טכניקת ה-lobe switching, נשלחה לצד השמאלי והימני של סקופ A בעל אוריינטציה אנכית, ובעוד הטווח נמדד כמו מקודם. תזוזה של המטרה (המטוס) לאחד מצידי המטוס תגרום לחזרה בצד אחד להיות חזקה יותר מאשר בצד השני, וה-"בליפ" המתאים לו יהיה גדול יותר. זה אפשר למפעיל המכ"ם לזהות בקלות לאיזה כיוון לסובב את האנטנות כדי ליירט את המטרה. סוג זה של סקופים לעיתים כונה ASV-Scopes.

הגודל של סקופי A היה משתנה, אך 5 עד 7 אינץ היה לעיתים קרובות בשימוש לצורך תצוגת מכ"ם. סדרת ה-7JPx של שפופרות קרן קתודיות (7JP1, 7JP4 ו-7JP7 ) תוכננה במקור עבור סקופי A. מכיוון שהתפקיד של הסקופ A היה לעקוב אחר עצמים, הזרחן שנעשה בו שימוש בשפופרת קרן קתודית היה חייב להיות בעל זמן הארה ארוך. זרחן ה-P7 היה בעל זמן ההארה הארוך ביותר ולכן ב-7JP7 נעשה שימוש.

סקופ B

סקופ-B מספק הצגה "למעלה-למטה" דו־ממדית של המרחב, כך שהציר האנכי מייצג מרחק והציר האופקי מייצג זווית (אזימוט). תצוגות B-סקופ היו נפוצות במכ"מים מוטסים בשנות ה-50 וה-60, והם היו מבוססי סריקה מכנית של האנטנה מצד לצד, ולעיתים גם למעלה ולמטה. תצוגת ה- B-סקופ הציגה "פרוסה" אופקית של המרחב האווירי בשני הצדדים של המטוס בטווח זוויות החיפוש של המכ"ם. הנקודה על המסך הוזזה למעלה לאורך ציר ה-Y באופן דומה לציר ה-X של ה-A סקופ, עם מרחקים "במעלה" התצוגה מייצגים טווח גדול יותר. האות היה מעורבב עם מתח משתנה שנוצר על ידי מכשיר מכני והיה תלוי ליניארית בזווית האופקית הנוכחית של האנטנה. התוצאה הייתה סקופ A אשר קו הטווח האנכי שלו מתנודד מצד לצד בתדר ששווה לתדר הסריקה המרחבית האופקית של המכ"ם. אות הרדיו נשלח אל ערוץ העוצמה, והפיק נקודה בהירה המעידה על חזרות.

E-סקופ הוא במהותו סקופ B ומציג טווח מול זווית הגבהה, במקום טווח מול אזימוט. הם זהים באופן פעולתם לסקופי B, ומשמעות שמם היא פשוט "elevation". בסקופי E נעשה שימוש באופן טיפוסי יחד עם גלאי גובה מכ"מיים, אשר דומים למכ"מים מוטסים אבל מתוכננים לסרוק אנכית במקום אופקית. הם לעיתים קרובות נקראו "מכ"מים מתנדנדים" בשל התנועה של האנטנות שלהם. צינור התצוגה היה מסובב סביב צירו ב-90 מעלות כדי להשים את ציר ההגבהה אנכי במטרה ליצור התאמה טבעית יותר בין התצוגה ל-"עולם האמיתי". התצוגות הללו נקראות גם Range-Height Indicator, או RHI, אבל גם התייחסו אליהם (באופן מבלבל) כ-B סקופ גם כן.

ה-H סקופ הוא התאמה נוספת של מושג ה-B סקופ, שמציגה מידע על הגבהה בנוסף לאזימוט וטווח. המידע על זווית ההגבהה הוצג על ידי ציור "בליפ" שני במרחק קטן בסמוך לבליפ המטרה, כך שהשיפוע של הקו שמחבר בין שני הבליפים מעיד על ההגבהה של המטרה יחסית למכ"ם. לדוגמה, אם הבליפים היו ממוקמים ישירות ימינה אחד לשני, זה העיד על כך שהמטרה באותו גובה כמו המכ"ם. העותק המוזז של הבליפ נוצר באמצעות חלוקת אות הרדיו לשני אותות, ולאחר מכן השהייה בזמן של אחד האותות כך שהוא יופיע מוזז במקצת על ציר הטווח. הזווית נוצרה באמצעות יצירת מתח בכיוון האזימוט הנשלט על ידי התנוחה האנכית הרגעית של אנטנת המכ"ם (הזווית האנכית שהאנטנה יוצרת). צורה זו של תצוגת הגבהה יכלה להתווסף לכמעט כל סוג אחר של תצוגה, ולעיתים נקראה גם תצוגת "נקודה כפולה".

סקופ C

סקופ C מספק הצגה של אזימוט מול זווית הגבהה. ה-"בליפ" שהוצג העיד על הכיוון של המטרה יחסית לציר המרכז של המכ"ם, או של המטוס או אמצעי הירי שהוא היה מחובר אליו. סקופים אלה היו ידועים גם כ-"אינדיקטורים נקודה נעה", כשהנקודה הנעה מהווה את בליפ המטרה. מרחק הוצג באופן טיפוסי בנפרד במקרים אלו, לעיתים קרובות כמספר בצד התצוגה.

כמעט זהה ל-C סקופ הוא ה-G סקופ, אשר מספק הצגה גרפית של המרחק למטרה. המרחק הוצג באמצעות קו אופקי ש-"צומח" החוצה מ"בליפ" המטרה כדי להפיק דיאגרמה דמוית-כנף. ה-"כנפיים" גדלו באורכם במרחקים קצרים יותר כדי להעיד שהמטרה נהיית קרובה יותר. אינדיקטור "תירה עכשיו" היה מוצג על המסך, והורכב משני קווים אנכיים קצרים בכל צד של התצוגה. כדי לבצע יירוט, הטייס היה מנחה את המטוס שלו עד אשר בליפ המטרה היה ממוקם במרכז התצוגה, ואז היה מתקרב עד אשר ה-"כנפיים" (באנלוגיה לכנפי המטוס) היו ממלאות את המרווח שבין סמני הטווח. תצוגה זו שחזרה מערכת שהייתה בשימוש בכוונות ירי, שבה הטייס היה עוקב אחר מוטת הכנפיים של המטרה ואז היה יורה כאשר הכנפיים מילאו את השטח שבתוך מעגל על הכוונת שלהם. מערכת זו אפשרה לטייס לאמוד את המרחק למטרה. במקרה זה, המרחק נמדד ישירות על ידי המכ"ם, והתצוגה חיקתה את המערכת האופטית כדי לשמור על הדמיון בין שתי המערכות.

Plan Position Indicator

תצוגת PPI מספקת תמונת "כל מה שמסביב" דו־ממדית של המרחב האווירי מסביב לתחנת המכ"ם. המרחק החוצה ממרכז התצוגה מעיד על הטווח, והזווית שיוצר קו התצוגה היא האזימוט למטרה. על התנוחה הרגעית של אנטנת המכ"ם מעיד הקו שיוצא ממרכז התצוגה החוצה לתצוגה, אשר מסתובב ביחד עם האנטנה בזמן אמת. זהו למעשה סקופ B מורחב ל-360 מעלות. תצוגת PPI היא מה שבדרך כלל נתפס על ידי אנשים כתצוגת מכ"ם באופן כללי, והייתה בשימוש נרחב בבקרת תנועה אווירית עד המצאת תצוגת הסיביות בשנות ה-90.

תצוגות PPI דומות מאוד לסקופ A בדרך הפעולה שלהם, והופיעו די מהר אחרי המצאת המכ"ם. כמו בכל תצוגות המכ"ם הדו־ממדיות, הפלט של מקלט הרדיו מחובר לערוץ העוצמה כדי להפיק נקודה בוהקת המעידה על חזרות. בסקופ A מקור מתח שן מסור שמחובר לציר ה-x מזיז את הנקודה לרוחב התצוגה, בעוד שב-PPI הפלט של שני מקורות מתח כאלו משמש כדי לסובב את הקו. כמה מערכות מוקדמת היו מכניות - מסובבות פשוטו כמשמעו את מגנטי ההסחה (התנועה הסיבובית של האנטנה הייתה מותמרת לסיבוב מערך השפופרת באמצעות גלגלי שיניים), אבל האלקטרוניקה שהייתה דרושה כדי לעשות זאת לא הייתה מורכבת מדי, והייתה בשימוש כבר בשנות ה-40 המוקדמות.

קישורים חיצוניים

מכ"ם