IFF, radarbakens en radarreflectoren WO2 gebruik

IFF, radarbakens en radarreflectoren ontstonden uit hetzelfde militaire probleem: radar kon een doel waarnemen, maar niet zonder meer duiden. Tijdens de Tweede Wereldoorlog groeiden daarom drie verwante technieken uit tot vaste onderdelen van lucht- en zeeoorlogvoering: herkenning van eigen eenheden, elektronische bakens voor navigatie en passieve middelen om de radarzichtbaarheid van een object te vergroten.

Ontwikkeling van IFF

Het ontstaan van IFF

De opkomst van radar bracht een praktisch en gevaarlijk vraagstuk met zich mee. Een vliegtuig verscheen op het scherm slechts als een echo, zonder aanduiding van nationaliteit of bedoeling. Voor luchtverdediging was dat een groot tekort. Een onderscheppingsjager of luchtafweerbatterij moest in korte tijd beslissen of een doel moest worden aangevallen, gevolgd of genegeerd. Zonder aanvullend systeem kon een onbekende echo zowel een vijandelijke bommenwerper zijn als een verdwaald eigen toestel.

Daarom ontstond IFF, de afkorting van Identification Friend or Foe. Het basisprincipe was een elektronisch vraag-en-antwoordstelsel. Een radarpost, een schip of een vliegtuig kon een ondervragingssignaal uitzenden met een interrogator. Een toestel of schip met een transponder ontving dat signaal en zond een gecodeerd antwoord terug. Wanneer dat antwoord overeenkwam met de ingestelde code, kon het doel als eigen of bevriend worden aangemerkt. IFF werd niet alleen in de lucht gebruikt, maar ook op zee en in beperkte mate bij andere militaire voertuigen.

Uitdagingen van IFF

IFF loste het identificatieprobleem niet volledig op, omdat elk herkenningssysteem ook een veiligheidsprobleem vormt. Een tegenstander kon proberen de werking te verstoren, de gebruikte codes te achterhalen of eigen eenheden te misleiden met nagemaakte signalen. Omgekeerd kon een partij die de vijandelijke IFF-methoden kende proberen daarvan gebruik te maken. De techniek werd daardoor een onderdeel van elektronische beveiliging en tegenmaatregelen, niet alleen van radarwaarneming.

IFF werd in militaire uitleg vaak vergeleken met een wachtwoordprocedure. De radar of ondervrager stelde de elektronische vraag, de transponder gaf het verwachte antwoord. Dat beeld is bruikbaar, maar vereenvoudigt de praktijk. Anders dan een mondeling wachtwoord moest het systeem onder gevechtsomstandigheden werken, op afstand, tussen storingen en bij hoge snelheden. Het antwoord moest snel genoeg zijn voor onderschepping en tegelijk voldoende beveiligd blijven om misleiding en onderschepping door de vijand niet eenvoudiger te maken.

Nog een beperking was dat het uitblijven van een antwoord niet automatisch betekende dat een doel vijandelijk was. Apparatuur kon beschadigd zijn, uitgeschakeld staan of buiten het juiste bereik opereren. IFF werkte daarom nooit als een zelfstandig bewijsstuk, maar als een hulpmiddel binnen een groter stelsel van radarwaarneming, koersinformatie, vluchtplanning en operationele herkenning. In de praktijk moesten codes bovendien regelmatig worden gewijzigd om misbruik te beperken.

Vroege IFF-systemen

De eerste IFF-systemen waren nauw verbonden met de radars die hen ondervroegen. Bij vroege Britse installaties werkte de transponder op of nabij de frequenties van de radar zelf. Dat was uitvoerbaar zolang het aantal radartypen beperkt bleef. Toen tijdens de oorlog steeds meer radarbanden in gebruik kwamen voor luchtwaarschuwing, laagvliegdetectie, scheepsradar en vuurleiding, werd deze aanpak snel onhandig. Een boordinstallatie moest dan op meerdere soorten signalen kunnen reageren.

Dat probleem werd zichtbaar in de overgang van de Britse Mk II naar de Mk III. De Mk II moest kunnen antwoorden op verschillende radarbanden en werd daardoor ingewikkelder in gebruik en kwetsbaarder in beveiliging. Met de Mk III koos men voor een andere benadering: een eigen IFF-frequentieband en een aparte interrogator die samen met de radar kon werken. De IFF-antenne werd als het ware met de radar mee gericht, zodat dezelfde sector in de lucht kon worden onderzocht zonder dat de transponder alle radars afzonderlijk hoefde te herkennen.

Deze wijziging vereenvoudigde de bediening en verbeterde de standaardisatie binnen de geallieerde strijdkrachten. De Britse Mk III werkte in een eigen frequentiegebied van 157 tot 187 MHz en begon vanaf eind 1941 de oudere Mk II te vervangen. In de oorlogsjaren groeide Mk III uit tot een geallieerde standaard voor vliegtuigen en schepen. De kern van het systeem bleef eenvoudig: eerst een elektronische uitdaging, daarna een gecontroleerd antwoord. Juist die eenvoud maakte het bruikbaar op grote schaal, terwijl de beveiliging in de codes en procedures moest worden gezocht.

De ontwikkeling van centimetergolfradar verscherpte dit vraagstuk verder. Naarmate radarinstallaties kleiner, sneller en specialistischer werden, nam ook het aantal werkfrequenties toe. Een transponder die op alle mogelijke radars moest reageren, werd daardoor technisch belast en operationeel minder overzichtelijk. De keuze voor een afzonderlijke IFF-band was daarom niet alleen een technische verbetering, maar ook een organisatorische. Het maakte gemeenschappelijke procedures mogelijk tussen luchtmacht, marine en bondgenoten die verschillende radartypen gebruikten.

Radarbakens

Ontwikkeling van Radarbakens

Het transponderbeginsel bleek niet alleen bruikbaar voor herkenning van eigen eenheden. Dezelfde techniek kon ook worden ingezet om een vaste plek op de grond of op zee elektronisch zichtbaar te maken voor een eigen radarinstallatie. Zo ontstonden radarbakens: apparaten die zwegen tot zij werden ondervraagd en pas daarna een antwoordsignaal terugstuurden. Daardoor waren zij vaak minder opvallend dan een continu zendend radionavigatiebaken.

In de oorlog kregen zulke bakens een praktische plaats in luchtlandingen, bevoorradingsvluchten en amfibische operaties. Zij konden een vliegveld markeren, een droppingzone aanduiden of een landingsstrand herkenbaar maken voor naderende eenheden. Een bekend voorbeeld was het Rebecca-Eureka-systeem. Daarbij droeg het vliegtuig de Rebecca-installatie en stond op de grond een Eureka-baken. Op basis van het antwoordsignaal kon het vliegtuig de afstand tot het baken bepalen en, met een gerichte antenne, ook de richting benaderen.

Ook bij radarbakens lag de waarde in de combinatie van eenvoud en precisie. Een baken hoefde geen algemeen herkenningsmiddel te zijn voor elk doel in het luchtruim, maar alleen een betrouwbaar antwoord te geven op een bekende ondervraging. Daardoor kon de apparatuur lichter en doelgerichter worden opgebouwd. Draagbare grondbakens waren vooral nuttig wanneer visuele herkenningspunten ontbraken, bijvoorbeeld bij nacht, bewolking of een verwoest landschap waarin wegen, gebouwen en kustlijnen moeilijk van elkaar te onderscheiden waren.

Secundaire Radar

Een radarbaken werkt volgens het principe van secundaire radar. Bij primaire radar wordt een puls uitgezonden en luistert het systeem naar de echo die door het doel zelf wordt teruggekaatst. Bij secundaire radar zendt de ondervrager eveneens een puls uit, maar het antwoord komt niet van een natuurlijke weerkaatsing. Het doel of baken beschikt over een transponder die actief een antwoord terugzendt. Daardoor is het ontvangen signaal meestal duidelijker en informatiever dan een gewone radarreflectie.

De afstand kan dan worden berekend uit de tijd tussen ondervraging en antwoord, rekening houdend met de bekende vertraging in de transponder. Met aanvullende antennetechniek kon ook de richting naar het baken worden bepaald. Dat maakte secundaire radar geschikt voor precieze navigatie op korte en middellange afstand. Het systeem bleef wel afhankelijk van zichtlijn, vooral bij de hogere frequenties die tijdens de oorlog steeds vaker werden gebruikt. Achter heuvels, onder zware afscherming of buiten de radiohorizon nam de bruikbaarheid sterk af.

Een militaire toepassing van dit beginsel was Gee-H, een Brits systeem voor nauwkeurige navigatie en blind bombarderen. Gee-H gebruikte afstandsmetingen tot vaste grondstations, zodat een vliegtuig een berekende baan kon volgen en op een vooraf bepaald punt de bommen kon lossen. In tegenstelling tot Oboe, dat met grondapparatuur zeer nauwkeurig één toestel tegelijk kon geleiden, verplaatste Gee-H een groter deel van de meetfunctie naar het vliegtuig. Dat maakte gelijktijdig gebruik door meer toestellen mogelijk, al bleef de nauwkeurigheid begrensd door zichtlijn en storing.

Toepassingen van Radarbakens

Radarbakens werden in de praktijk vooral gewaardeerd omdat zij selectief waren. Zij verrieden hun positie niet voortdurend aan de vijand, maar reageerden alleen op een eigen ondervraging. Voor geheime of risicovolle operaties was dat een duidelijk voordeel. Bij bevoorrading van verzetsgroepen, nachtelijke luchtlandingen of operaties boven slecht herkenbaar terrein kon een stil baken het verschil maken tussen een nauwkeurige nadering en een mislukte afworp.

Niet elke markering hoefde echter zo geavanceerd te zijn. Wanneer geheimhouding minder zwaar woog, konden eenvoudiger en goedkopere middelen worden gebruikt. Voor de markering van obstakels, geulen, rotsen of strandvakken waren passieve radarreflectoren vaak voldoende. Die zonden niets uit, maar vergrootten wel de kans dat een radaroperator het gemarkeerde punt tijdig zag. Daarmee ontstond een duidelijke taakverdeling: transponders voor selectieve elektronische herkenning, reflectoren voor blijvende en eenvoudige zichtbaarheid op radar.

Radarreflectoren

Ontwikkeling van Radarreflectoren

Radarreflectoren zijn passieve hulpmiddelen die de radarhandtekening van een object vergroten. Het bekendste vroege type was de hoekreflector. Die bestond uit metalen platen die onder rechte hoeken waren geplaatst, zodat een invallende radargolf meerdere keren werd teruggekaatst en in de richting van de zender kon terugkeren. Met een betrekkelijk eenvoudige constructie kon zo een veel sterkere echo worden opgewekt dan bij een vlak of onregelmatig oppervlak van vergelijkbare omvang.

Tijdens en na de oorlog waren hoekreflectoren bruikbaar voor uiteenlopende taken. Zij konden vaargeulen en obstakels markeren, oefendoelen beter zichtbaar maken of dienen als kalibratiedoel voor radarproeven. Hun voordelen waren eenvoud, lage kosten en het ontbreken van een voeding. Daar stond tegenover dat zij relatief volumineus konden zijn en niet in elke opstelling even goed werkten. Voor kleine vaartuigen, mobiele doelen of compact materieel bleef daarom behoefte bestaan aan een doelmatiger passieve reflector.

Het onderscheid tussen een transponder en een reflector is daarom wezenlijk. Een transponder verwerkt een ontvangen signaal en geeft een actief antwoord terug, vaak met extra informatie of een ingestelde vertraging. Een reflector doet niets van dat alles. Die vergroot alleen de kans dat een invallende radargolf als bruikbare echo terugkeert. Voor maritieme en amfibische operaties was dat verschil praktisch van belang. Een commandant koos niet één algemeen middel, maar het apparaat dat paste bij het doel: herkenning, navigatie, markering of oefening.

De Luneburg-lens

Die behoefte leidde tot bredere toepassing van de Luneburg-lens, een bolvormige lens met een geleidelijk veranderende brekingsindex. De theorie ervan werd in 1944 door Rudolf K. Luneburg beschreven. Door die opbouw kan de lens invallende elektromagnetische golven op een voorspelbare manier richten. Wanneer delen van de bol reflecterend zijn uitgevoerd, kan het systeem functioneren als een krachtige radarreflector. In technische literatuur komt ook de spelling Luneberg voor, maar Luneburg is de gebruikelijke naam.

Het voordeel van dit type reflector is dat een compacte vorm toch een sterke en brede radarrespons kan geven. Daarom werd de lens later gebruikt als kalibratiedoel en als middel om kleine of moeilijk waarneembare objecten, zoals doelvliegtuigen, lokdoelen en bepaalde vaartuigen, beter zichtbaar te maken. Moderne militaire toepassingen volgen nog steeds dat beginsel: men verandert niet de werking van de radar zelf, maar vergroot tijdelijk de waarneembaarheid van het object dat door radar moet worden gevolgd, getest of nagebootst.

Conclusie

IFF, radarbakens en radarreflectoren horen bij dezelfde technische familie, maar vervulden elk een andere taak. IFF diende voor herkenning van eigen eenheden via een beveiligd vraag-en-antwoordsysteem. Radarbakens gebruikten een vergelijkbaar transponderbeginsel om vliegvelden, droppingzones en andere vaste punten elektronisch vindbaar te maken. Radarreflectoren deden het zonder zender of code en versterkten alleen de terugkaatsing van radarenergie. Samen tonen deze technieken hoe radar tijdens de Tweede Wereldoorlog uitgroeide van een waarschuwingsmiddel tot een samenhangend stelsel van detectie, identificatie, navigatie en markering. Veel naoorlogse militaire en civiele systemen bouwden voort op dezelfde grondgedachte.

Bronnen en meer informatie

1. Brown, Louis (1999). A Radar History of World War II: Technical and Military Imperatives. Bristol: Institute of Physics Publishing. ISBN 978-0-7503-0659-1.
2. Bowden, L. (1985). The story of IFF (Identification Friend or Foe). IEE Proceedings A: Physical Science, Measurement and Instrumentation, Management and Education, Reviews, 132(6), 435–437. DOI 10.1049/ip-a-1.1985.0079.
3. Hamilton, Tim (1994). Identification Friend or Foe: Being the Story of Aircraft Recognition. London: HMSO. ISBN 978-0-11290496-0.
4. Moir, Ian; Seabridge, Allan G. (2006). Military Avionics Systems. Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-01632-9. DOI 10.1002/0470035463.
5. Edde, Byron (1993). Radar: Principles, Technology, Applications. Englewood Cliffs: PTR Prentice Hall. ISBN 978-0-13-752346-7.
6. Liang, Charles S.; Streater, Donald A.; Jin, Jian-Ming; Dunn, E.; Rozendal, T. (2005). A quantitative study of Luneberg-lens reflectors. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 47(2), 30–41. DOI 10.1109/MAP.2005.1487776.
7. Bronnen voor historisch onderzoek 1800–1946