Radary ultraszerokopasmowe: wczoraj czy jutro?
Współczesne konflikty lokalne, nawet w krajach o najniższym poziomie rozwoju sił zbrojnych (Syria, Ukraina), pokazują, jak wielką rolę odgrywają elektroniczne środki rozpoznania i wykrywania. A jakie korzyści może uzyskać strona stosująca np. systemy przeciwbateryjne w stosunku do strony, która takich systemów nie posiada.
Obecnie rozwój wszystkich systemów radioelektronicznych przebiega w dwóch kierunkach: z jednej strony w celu jak największego ulepszenia ich systemów sterowania i łączności, systemów zbierania danych wywiadowczych, precyzyjnych systemów sterowania bronie w połączeniu ze wszystkimi wcześniej wymienionymi systemami i kompleksami.
Druga linia to rozwój systemów, które mogą sprawić, że będzie to jak najbardziej utrudniać wrogowi działanie wszystkich powyższych środków w najprostszym celu - uniemożliwić wrogowi spowodowanie szkód i szkód dla jego żołnierzy.
W tym miejscu warto zwrócić uwagę na prace nad możliwościami i metodami maskowania obiektów poprzez zmniejszanie ich widzialności radarowej poprzez zastosowanie najnowocześniejszych materiałów i powłok pochłaniających promieniowanie radarowe o różnych właściwościach odblaskowych.
Prawdopodobnie warto to przetłumaczyć: nie uda nam się sprawić, by czołg był niewidoczny w widmie radiowym, ale możemy maksymalnie zminimalizować jego widoczność, na przykład zakrywając go materiałami, które dadzą tak zniekształcony sygnał, że identyfikacja będzie bardzo trudna.
I tak, nadal wychodzimy z faktu, że absolutnie niewidoczne samoloty, statki i czołgi to się po prostu nie zdarza. Jak dotąd przynajmniej. Jeśli subtelne i trudne do rozpoznania cele.
Ale, jak mówią, każdy cel ma swój własny radar. Kwestia częstotliwości i siły sygnału. Ale tu leży problem.
Nowe materiały, zwłaszcza powłoki pochłaniające radary, nowe formy obliczania powierzchni odbijających światło, wszystko to sprawia, że poziom kontrastu tła chronionych obiektów jest minimalny. Oznacza to, że poziom różnicy między właściwościami elektrofizycznymi obiektu kontroli lub jego defektami od właściwości otoczenia staje się trudny do odróżnienia, obiekt faktycznie stapia się z otoczeniem, co sprawia, że jego wykrycie jest problematyczne.
W naszych czasach minimalne poziomy kontrastu tła są w rzeczywistości bliskie wartościom granicznym. Z tego jasno wynika, że \uXNUMXb\uXNUMXbdla radarów (zwłaszcza widoczności we wszystkich kierunkach), które działają dokładnie na kontraście, po prostu konieczne jest zapewnienie przede wszystkim wzrostu jakości otrzymywanych informacji. A zrobienie tego poprzez zwykły wzrost ilości informacji nie jest całkowicie możliwe.
Dokładniej mówiąc, możliwe jest zwiększenie wydajności/jakości wywiadu radarowego, pytanie tylko jakim kosztem.
Jeśli weźmiemy hipotetyczny radar, obojętnie w jakim celu, po prostu wszechstronny radar o zasięgu np. 300 km (typu Nebo-SV) i postawimy sobie za zadanie podwojenie jego zasięgu, to bardzo trudne zadania będą musiały zostać rozwiązane. Nie będę tu podawał wzorów obliczeniowych, to fizyka najczystszej wody, żadna tajemnica.
Tak więc, aby podwoić zasięg wykrywania radaru, potrzebujesz:
- zwiększyć energię promieniowania o 10-12 razy. Ale znowu, nikt nie anulował fizyki, można tak bardzo zwiększyć promieniowanie tylko poprzez zwiększenie zużywanej energii. A to pociąga za sobą pojawienie się na stacji dodatkowego sprzętu do wytwarzania energii elektrycznej. A potem jest wiele problemów z tym samym przebraniem.
- zwiększyć czułość urządzenia odbiorczego 16-krotnie. Mniej kosztowny. Ale czy to w ogóle wykonalne? To jest kwestia technologii i rozwoju. Ale im bardziej czuły odbiornik, tym bardziej naturalne problemy z zakłóceniami, które nieuchronnie pojawiają się podczas pracy. O ingerencji ze strony działań wojny elektronicznej wroga warto mówić osobno.
- 4-krotnie zwiększyć liniowy rozmiar anteny. Najprostszy, ale zwiększa złożoność. Trudniejszy w transporcie, bardziej zauważalny...
Chociaż, szczerze mówiąc, im mocniejszy radar, tym łatwiej go wykryć, sklasyfikować, wygenerować dla niego osobiście obliczoną ingerencję o najbardziej racjonalnych cechach i wysłać ją. A wzrost rozmiaru anteny radaru jest na rękę tym, którzy muszą go wykryć na czas.
W zasadzie okazuje się, że takie błędne koło. Gdzie programiści muszą balansować na ostrzu noża, biorąc pod uwagę dziesiątki, jeśli nie setki niuansów.
Nasi potencjalni przeciwnicy zza oceanu są tak samo zaniepokojeni tym problemem jak my. W strukturze Departamentu Obrony USA istnieje taki departament jak DARPA - Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obronie, która zajmuje się zaawansowanymi badaniami. W ostatnim czasie specjaliści DARPA kierują swoje wysiłki w kierunku rozwoju radarów wykorzystujących sygnały ultraszerokopasmowe (UWB).
Co to jest SSP? Są to ultrakrótkie impulsy o czasie trwania do nanosekundy i szerokości widma co najmniej 500 MHz, czyli znacznie większej niż w przypadku konwencjonalnego radaru. Moc emitowanego sygnału według transformat Fouriera (oczywiście nie Charles, utopista, który przechodzi przez Historie w szkole oraz Jean Baptiste Joseph Fourier, twórca szeregu Fouriera, od którego nazwano zasady przetwarzania sygnału) jest rozłożony na całej szerokości wykorzystywanego widma. Prowadzi to do zmniejszenia mocy promieniowania w pojedynczej części widma.
Radar działający na UWB jest znacznie trudniejszy do wykrycia podczas pracy niż konwencjonalny właśnie z tego powodu: działa tak, jakby nie działała jedna potężna wiązka sygnału, ale jakby wiele słabszych, rozmieszczonych jak pędzel. Tak, eksperci wybaczą mi takie uproszczenie, ale to tylko dla „przekładu” na prostszy poziom percepcji.
Oznacza to, że radar „strzela” nie jednym impulsem, ale tak zwanym „pakietem ultrakrótkich sygnałów”. Zapewnia to dodatkowe korzyści, które zostaną omówione poniżej.
Przetwarzanie sygnału UWB, w przeciwieństwie do wąskopasmowego, opiera się na zasadach odbioru bezdetektorowego, dzięki czemu liczba impulsów w sygnale nie jest w ogóle ograniczona. W związku z tym praktycznie nie ma ograniczeń dotyczących przepustowości sygnału.
Tutaj pojawia się długo oczekiwane pytanie: co daje ta cała fizyka, jakie są zalety?
Oni oczywiście są. Radary UWB są opracowywane i rozwijane właśnie dlatego, że sygnał UWB pozwala na znacznie więcej niż konwencjonalny sygnał.
Radary oparte na sygnale UWB mają najlepsze możliwości wykrywania, rozpoznawania, wyznaczania współrzędnych i śledzenia trajektorii ruchu obiektów. Dotyczy to zwłaszcza obiektów wyposażonych w środki maskowania przeciwradarowego i ograniczania widoczności radarowej.
Oznacza to, że sygnał UWB nie dba o to, czy obserwowany obiekt należy do tzw. „obiektów ukrytych”, czy też nie. Powłoki przeciw radarom również stają się warunkowe, ponieważ nie są w stanie odbić / pochłonąć całego sygnału, część opakowania „zahaczy” obiekt.
Radary na UWB lepiej identyfikują cele, zarówno pojedyncze, jak i grupowe. Dokładniej określ wymiary liniowe celów. Łatwiej jest im pracować z małymi celami zdolnymi do latania na niskich i ultraniskich wysokościach, czyli bezzałogowcami. Radary te będą miały znacznie wyższą odporność na zakłócenia.
Osobno uważa się, że UWB pozwoli na lepsze rozpoznawanie wabików. Jest to bardzo przydatna opcja podczas pracy np. z głowicami międzykontynentalnych rakiet balistycznych.
Ale nie rozłączaj się z radarem obserwacji powietrza, istnieją inne opcje wykorzystania radaru na UWB, nie mniej, a być może nawet bardziej skutecznie.
Mogłoby się wydawać, że sygnał ultraszerokopasmowy to panaceum na wszystko. Z drony, z samolotów i statków stealth, z pocisków manewrujących.
Właściwie, oczywiście, że nie. Technologia UWB ma również wyraźne wady, ale jest też wystarczająco dużo plusów.
Mocną stroną radaru UWB jest większa dokładność i szybkość wykrywania i rozpoznawania celów, określania współrzędnych dzięki temu, że działanie radaru oparte jest na różnych częstotliwościach w zakresie działania.
Tutaj ogólnie ukryta jest „najważniejsza” UWB. I właśnie w tym, że zasięg działania takiego radaru ma wiele częstotliwości. A ten szeroki zakres pozwala wybrać te podzakresy, przy których częstotliwościach najlepiej manifestują się zdolności odbijania obiektów obserwacji. Lub, opcjonalnie, może to zanegować na przykład powłoki przeciwradarowe, które również nie mogą działać w całym zakresie częstotliwości ze względu na fakt, że powłoki samolotów mają ograniczenia wagowe.
Tak, dziś środki zmniejszania widoczności radarowej są bardzo szeroko stosowane, ale kluczowym słowem jest tutaj „redukcja”. Ani jedna powłoka, ani jedna najbardziej przebiegła forma kadłuba nie chroni przed radarami. Ogranicz widoczność, daj szansę - tak. Już nie. Opowieści o „niewidocznych samolotach” zostały obalone w Jugosławii w ubiegłym stuleciu.
Obliczenia radarowe UWB będą w stanie wybrać (i to szybko, na podstawie podobnych danych) pakiet podczęstotliwości, który możliwie najdokładniej „podświetli” obiekt obserwacji w całej okazałości. Tutaj nie będziemy mówić o godzinach, nowoczesna technologia cyfrowa pozwala przetrwać w kilka minut.
I oczywiście analiza. Taki radar powinien mieć dobry kompleks analityczny, który pozwoli na przetwarzanie danych uzyskanych z ekspozycji obiektu na różnych częstotliwościach i porównywanie ich z wartościami odniesienia w bazie danych. Porównaj z nimi i podaj ostateczny wynik, jaki obiekt wpadł w pole widzenia radaru.
Fakt, że obiekt będzie napromieniowany z różną częstotliwością, odegra pozytywną rolę w tym, że zmniejszy się błąd rozpoznania, a prawdopodobieństwo niepowodzenia obserwacji lub przeciwdziałania za pomocą obiektu będzie mniejsze.
Poprawę odporności na zakłócenia takich radarów uzyskuje się poprzez identyfikację i selekcję promieniowania, które może zakłócać precyzyjne działanie radaru. A zatem restrukturyzacja kompleksów odbiorczych na inne częstotliwości, aby zapewnić minimalne zakłócenia.
Wszystko jest bardzo piękne. Oczywiście są też wady. Na przykład masa i wymiary takiego radaru znacznie przewyższają konwencjonalne stacje. To nadal znacznie komplikuje rozwój radaru UWB. Mniej więcej tyle samo co cena. To więcej niż niebotyczne dla prototypów.
Jednak twórcy takich systemów patrzą w przyszłość bardzo optymistycznie. Z jednej strony, kiedy produkt zaczyna być produkowany masowo, zawsze obniża to koszty. A jeśli chodzi o masę, inżynierowie liczą na komponenty elektroniczne oparte na azotku galu, które mogą znacznie zmniejszyć zarówno masę, jak i rozmiar takich radarów.
I na pewno tak się stanie. Dla każdego kierunku. W rezultacie na wyjściu pojawi się radar o silnych, ultrakrótkich impulsach w szerokim zakresie częstotliwości, z dużą częstotliwością powtarzania. I – co bardzo ważne – szybkie cyfrowe przetwarzanie danych, zdolne „przetrawić” duże ilości informacji otrzymywanych z odbiorników.
Tak, naprawdę potrzebujemy tutaj technologii pisanej wielką literą. Tranzystory lawinowe, diody magazynujące ładunek, półprzewodniki z azotku galu. Generalnie tranzystory lawinowe to nie tylko niedoceniane urządzenia, to urządzenia, które jeszcze się pokażą. W świetle nowoczesnych technologii są przyszłością.
Radary wykorzystujące ultrakrótkie impulsy nanosekundowe będą miały następujące zalety w stosunku do konwencjonalnych radarów:
- zdolność do penetrowania przeszkód i odbijania się od celów znajdujących się poza zasięgiem wzroku. Na przykład można to wykorzystać do wykrywania ludzi i sprzętu za przeszkodą lub w ziemi;
- duża tajemniczość dzięki małej gęstości widmowej sygnału UWB;
- dokładność określenia odległości do kilku centymetrów ze względu na mały zasięg przestrzenny sygnału;
- możliwość natychmiastowego rozpoznania i klasyfikacji celu na podstawie odbitego sygnału i dużej szczegółowości celu;
- zwiększenie skuteczności w zakresie ochrony przed wszelkiego rodzaju zakłóceniami biernymi powodowanymi zjawiskami naturalnymi: mgłą, deszczem, śniegiem;
A to nie wszystkie zalety, jakie mogą mieć radary UWB w porównaniu z radarami konwencjonalnymi. Są chwile, które potrafią docenić tylko specjaliści i osoby dobrze zorientowane w tych zagadnieniach.
Te właściwości sprawiają, że radar UWB jest obiecujący, ale prace badawcze eliminują szereg problemów.
Czas porozmawiać o wadach.
Oprócz kosztów i rozmiarów radar UWB jest gorszy od konwencjonalnego radaru wąskopasmowego. I to zdecydowanie za krótko. Konwencjonalny radar o mocy impulsu 0,5 GW jest w stanie wykryć cel z odległości 550 km, natomiast radar UWB jest w stanie wykryć cel z odległości 260 km. Przy mocy impulsu 1 GW radar wąskopasmowy wykrywa cel w odległości 655 km, radar UWB w odległości 310 km. Jak widać, prawie dwa razy.
Ale jest jeszcze jeden problem. Jest to nieprzewidywalność kształtu odbitego sygnału. Radar wąskopasmowy działa z sygnałem sinusoidalnym, który nie zmienia się podczas przechodzenia przez przestrzeń. Amplituda i faza zmieniają się, ale zmieniają się przewidywalnie i zgodnie z prawami fizyki. Sygnał UWB zmienia się zarówno w widmie, w swojej dziedzinie częstotliwości, jak iw czasie.
Dziś uznanymi liderami w rozwoju radarów UWB są Stany Zjednoczone, Niemcy i Izrael.
W Stanach Zjednoczonych przenośny wykrywacz min AN/PSS-14 jest już na uzbrojeniu wojska do wykrywania różnego rodzaju min i innych metalowych obiektów w glebie.
Stany oferują ten wykrywacz min także sojusznikom z NATO. AN/PSS-14 pozwala szczegółowo widzieć i badać obiekty przez przeszkody i podłoże.
Niemcy pracują nad projektem radaru UWB w pamirskim paśmie Ka z pasmem sygnałowym 8 GHz.
Izraelczycy stworzyli na zasadach uwb "stenovizor", kompaktowe urządzenie "Haver-400", zdolne do "patrzenia" przez ściany lub ziemię.
Urządzenie powstało z myślą o jednostkach antyterrorystycznych. Jest to generalnie osobny typ radaru UWB, bardzo pięknie zrealizowany przez Izraelczyków. Urządzenie jest naprawdę zdolne do badania sytuacji operacyjno-taktycznej poprzez różnorodne przeszkody.
A dalszy rozwój „Haver-800”, który wyróżnia się obecnością kilku oddzielnych lokalizatorów z antenami, pozwala nie tylko badać przestrzeń za barierą, ale także tworzyć trójwymiarowy obraz.
Podsumowując, chciałbym powiedzieć, że rozwój radarów UWB różnych kierunków (lądowych, morskich, przeciwlotniczych) pozwoli państwom, które opanują technologię projektowania i produkcji takich systemów, znacznie wzmocnić swoje zdolności rozpoznawcze.
W końcu liczba schwytanych, poprawnie rozpoznanych i wziętych do eskorty z późniejszym zniszczeniem celów jest kluczem do zwycięstwa w każdej konfrontacji.
A biorąc pod uwagę, że radary UWB są mniej podatne na zakłócenia o różnych właściwościach ...
Wykorzystanie sygnałów UWB znacznie zwiększy skuteczność wykrywania i śledzenia obiektów aerodynamicznych i balistycznych w kontroli przestrzeni powietrznej, badaniach i mapowaniu powierzchni ziemi. Radar UWB może rozwiązać wiele problemów związanych z obsługą lotu i lądowaniem statków powietrznych.
Radar UWB to prawdziwa okazja, by spojrzeć w przyszłość. Nie bez powodu Zachód jest tak mocno zaangażowany w rozwój w tym kierunku.
informacja