Rađa băng siêu rộng: hôm qua hay ngày mai?
Các cuộc xung đột cục bộ hiện đại, ngay cả ở các quốc gia có trình độ phát triển vũ trang thấp nhất (Syria, Ukraine) cho thấy vai trò của các phương tiện trinh sát và phát hiện điện tử là to lớn như thế nào. Và những lợi thế mà một bên sử dụng, ví dụ, hệ thống pin đối kháng với một bên không có hệ thống như vậy, có thể nhận được những lợi thế nào.
Hiện tại, sự phát triển của tất cả các hệ thống vô tuyến điện tử đang tiến hành theo hai hướng: một mặt, cải tiến càng nhiều càng tốt các hệ thống điều khiển và thông tin liên lạc, hệ thống thu thập thông tin tình báo, hệ thống điều khiển chính xác cao. vũ khí kết hợp với tất cả các hệ thống và khu phức hợp được liệt kê trước đó.
Dòng thứ hai là phát triển các hệ thống có thể làm cho chất lượng cao nhất có thể để cản trở công việc của tất cả các phương tiện trên cho kẻ thù với mục tiêu đơn giản nhất - ngăn kẻ địch gây ra thiệt hại và tổn hại cho quân của mình.
Ở đây, đáng chú ý là nghiên cứu về các khả năng và phương pháp che giấu các vật thể bằng cách giảm khả năng hiển thị ra đa của chúng thông qua việc sử dụng các vật liệu và lớp phủ hấp thụ radar mới nhất với các đặc tính phản xạ khác nhau.
Nó có lẽ rất đáng để dịch: chúng tôi sẽ không thể làm cho một chiếc xe tăng tàng hình trong phổ vô tuyến, nhưng chúng tôi có thể giảm thiểu khả năng hiển thị của nó càng nhiều càng tốt, chẳng hạn như bằng cách che nó bằng các vật liệu sẽ cho tín hiệu méo mó đến mức nhận dạng sẽ rất khó.
Và vâng, chúng tôi vẫn tiến hành từ thực tế là máy bay, tàu và xe tăng nó chỉ không xảy ra. Ít nhất là cho đến nay. Nếu mục tiêu tinh tế và khó phân biệt.
Nhưng, như họ nói, mỗi mục tiêu có một radar riêng. Câu hỏi về tần số và cường độ tín hiệu. Nhưng vấn đề nằm ở đây.
Các vật liệu mới, đặc biệt là các lớp phủ hấp thụ radar, các dạng tính toán bề mặt phản xạ mới, tất cả những điều này làm cho mức độ tương phản nền của các đối tượng được bảo vệ là tối thiểu. Có nghĩa là, mức độ khác biệt giữa các đặc tính điện vật lý của đối tượng điều khiển hoặc các khuyết tật trong nó với các đặc tính của môi trường trở nên khó phân biệt, đối tượng thực sự hòa nhập với môi trường, khiến việc phát hiện nó có vấn đề.
Trong thời đại của chúng ta, mức độ tương phản nền tối thiểu thực sự gần với giá trị giới hạn. Từ đó, rõ ràng là đối với các radar (đặc biệt là khả năng hiển thị toàn diện), hoạt động chính xác trên độ tương phản, điều cần thiết đơn giản là đảm bảo chất lượng thông tin nhận được tăng lên, trước hết là cần thiết. Và để làm được điều này thông qua việc tăng lượng thông tin thông thường là không thể hoàn toàn.
Chính xác hơn, có thể tăng hiệu quả / chất lượng của tình báo radar, câu hỏi duy nhất là chi phí nào.
Nếu chúng ta sử dụng một radar giả định, bất kể mục đích gì, chỉ là một radar toàn năng với phạm vi 300 km (loại Nebo-SV), và đặt nhiệm vụ tăng gấp đôi phạm vi của nó, thì những nhiệm vụ rất khó khăn sẽ xảy ra. để được giải quyết. Tôi sẽ không đưa ra ở đây các công thức tính toán, đây là vật lý của nước tinh khiết nhất, không phải là bí mật.
Vì vậy, để tăng gấp đôi phạm vi phát hiện của radar, bạn cần:
- tăng năng lượng bức xạ lên 10-12 lần. Nhưng một lần nữa, không ai hủy bỏ vật lý học, chỉ cần tăng năng lượng tiêu thụ là có thể tăng bức xạ lên rất nhiều. Và điều này kéo theo sự xuất hiện trong trạm của các thiết bị bổ sung để tạo ra điện. Và sau đó là một loạt các vấn đề với cùng một cách ngụy trang.
- tăng độ nhạy của thiết bị nhận lên 16 lần. Ít tốn kém hơn. Nhưng nó có khả thi ở tất cả? Đây là một câu hỏi cho công nghệ và sự phát triển. Nhưng máy thu càng nhạy thì càng có nhiều vấn đề nhiễu tự nhiên phát sinh trong quá trình hoạt động. Điều đáng nói là sự can thiệp từ các hành động tác chiến điện tử của đối phương một cách riêng biệt.
- tăng kích thước tuyến tính của anten lên 4 lần. Dễ nhất, nhưng thêm phức tạp. Khó vận chuyển hơn, đáng chú ý hơn ...
Mặc dù, thành thật mà nói, radar càng mạnh thì càng dễ phát hiện, phân loại, tạo ra nhiễu được tính toán cá nhân với các đặc điểm hợp lý nhất và gửi nó đi. Và việc tăng kích thước của ăng-ten radar sẽ rơi vào tay những người phải phát hiện kịp thời.
Về nguyên tắc, nó thành ra một vòng luẩn quẩn như vậy. Nơi mà các nhà phát triển phải cân bằng trên một lưỡi dao, tính đến hàng chục, nếu không phải là hàng trăm sắc thái.
Những kẻ thù tiềm tàng của chúng ta từ khắp đại dương cũng lo ngại về vấn đề này như chúng ta. Có một bộ phận như vậy trong cơ cấu của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ với tên gọi DARPA - Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng, chuyên tham gia vào các nghiên cứu tiên tiến. Gần đây, các chuyên gia của DARPA đã hướng nỗ lực của họ vào việc phát triển các radar sử dụng tín hiệu băng siêu rộng (UWB).
SSP là gì? Đây là các xung siêu ngắn, có thời lượng từ một nano giây trở xuống, với độ rộng phổ ít nhất là 500 MHz, tức là nhiều hơn so với tần số của một radar thông thường. Sức mạnh của tín hiệu phát ra theo phép biến đổi Fourier (tự nhiên, không phải Charles, một người không tưởng được truyền qua những câu chuyện ở trường, và Jean Baptiste Joseph Fourier, người tạo ra chuỗi Fourier, sau đó đặt tên cho các nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu) được phân phối trên toàn bộ chiều rộng của phổ được sử dụng. Điều này dẫn đến giảm công suất bức xạ trong một phần của quang phổ.
Một radar hoạt động trên UWB khó bị phát hiện hơn nhiều trong quá trình hoạt động so với radar thông thường, chính vì điều này: nó giống như thể không có một chùm tín hiệu mạnh hoạt động, nhưng, như vậy, nhiều chùm yếu hơn, được triển khai như một cái chổi. Vâng, các chuyên gia sẽ tha thứ cho tôi sự đơn giản hóa như vậy, nhưng điều này chỉ dành cho việc “dịch” sang một mức độ nhận thức đơn giản hơn.
Đó là, radar "bắn" không phải với một xung, mà với cái gọi là "gói tín hiệu siêu ngắn". Điều này cung cấp các lợi ích bổ sung, sẽ được thảo luận bên dưới.
Xử lý tín hiệu UWB, không giống như các xử lý băng hẹp, dựa trên nguyên tắc tiếp nhận không dò, do đó, số lần bùng phát tín hiệu không bị giới hạn. Theo đó, thực tế không có giới hạn nào về băng thông của tín hiệu.
Ở đây một câu hỏi được chờ đợi từ lâu được đặt ra: tất cả những gì vật lý này mang lại, những lợi thế là gì?
Họ, tất nhiên, là. Các radar UWB được phát triển và phát triển chính xác bởi vì tín hiệu UWB cho phép nhiều hơn một tín hiệu thông thường.
Radar dựa trên tín hiệu UWB có khả năng phát hiện, nhận dạng, xác định tọa độ và theo dõi quỹ đạo chuyển động của đối tượng tốt nhất. Điều này đặc biệt đúng với các đối tượng được trang bị các phương tiện chống radar và làm giảm tầm nhìn của radar.
Tức là tín hiệu UWB không quan tâm đối tượng được quan sát có thuộc cái gọi là "vật thể tàng hình" hay không. Các lớp phủ chống lại radar cũng trở nên có điều kiện, vì chúng không thể phản xạ / hấp thụ toàn bộ tín hiệu, một số phần của gói sẽ “móc” đối tượng.
Các radar trên UWB xác định mục tiêu tốt hơn, cả đơn lẻ và nhóm. Xác định chính xác hơn kích thước tuyến tính của các mục tiêu. Chúng dễ dàng hoạt động hơn với các mục tiêu nhỏ có khả năng bay ở độ cao thấp và cực thấp, đó là UAV. Các radar này sẽ có khả năng chống ồn cao hơn đáng kể.
Riêng biệt, người ta tin rằng UWB sẽ cho phép nhận dạng tốt hơn các mồi nhử. Đây là một lựa chọn rất hữu ích khi làm việc, chẳng hạn với đầu đạn của tên lửa đạn đạo xuyên lục địa.
Nhưng đừng để bị treo trên radar giám sát đường không, có nhiều lựa chọn khác để sử dụng radar trên UWB, không kém, và có lẽ còn hiệu quả hơn.
Có vẻ như tín hiệu siêu băng rộng là liều thuốc chữa bách bệnh cho mọi thứ. Từ máy bay không người lái, từ máy bay và tàu tàng hình, từ tên lửa hành trình.
Trên thực tế, tất nhiên là không. Công nghệ UWB cũng có những nhược điểm thẳng thắn, nhưng cũng có đủ điểm cộng.
Điểm mạnh của radar UWB là độ chính xác và tốc độ phát hiện, nhận biết mục tiêu, xác định tọa độ cao hơn do hoạt động của radar dựa trên nhiều loại tần số trong phạm vi hoạt động.
Ở đây, nói chung, "điểm nổi bật" của UWB được ẩn. Và thực tế chính xác là phạm vi hoạt động của radar như vậy có nhiều tần số. Và phạm vi rộng này cho phép bạn chọn các biên độ con đó ở tần số mà khả năng phản xạ của các đối tượng quan sát được thể hiện rõ nhất. Hoặc, như một tùy chọn, điều này có thể phủ nhận, ví dụ, lớp phủ chống radar, cũng không thể hoạt động trên toàn bộ dải tần do thực tế là lớp phủ máy bay có các giới hạn về trọng lượng.
Đúng vậy, ngày nay các phương tiện làm giảm tầm nhìn của radar được sử dụng rất rộng rãi, nhưng từ khóa ở đây là "giảm". Không một lớp sơn phủ nào, không một hình dáng thân tàu nào xảo quyệt nhất có thể bảo vệ khỏi radar. Giảm khả năng hiển thị, tạo cơ hội - có. Không còn nữa. Câu chuyện về "máy bay tàng hình" đã được vạch trần ở Nam Tư trong thế kỷ trước.
Tính toán của radar UWB sẽ có thể chọn (và nhanh chóng, dựa trên dữ liệu tương tự) gói tần số phụ sẽ “làm nổi bật” đối tượng quan sát rõ ràng nhất có thể. Ở đây chúng tôi sẽ không nói về giờ, công nghệ kỹ thuật số hiện đại cho phép bạn hoàn thành chỉ trong vài phút.
Và, tất nhiên, phân tích. Một radar như vậy phải có một phức hợp phân tích tốt cho phép xử lý dữ liệu thu được từ sự phơi nhiễm của một đối tượng ở nhiều tần số khác nhau và so sánh chúng với các giá trị tham chiếu trong cơ sở dữ liệu. So sánh với chúng và đưa ra kết quả cuối cùng, loại vật thể nào đã rơi vào trường quan sát của radar.
Thực tế là đối tượng sẽ được chiếu xạ ở nhiều tần số khác nhau sẽ đóng một vai trò tích cực trong đó sai số nhận dạng sẽ giảm xuống, và xác suất thất bại của việc quan sát hoặc các biện pháp đối phó bằng phương tiện của đối tượng sẽ ít hơn.
Cải thiện khả năng chống nhiễu của các radar như vậy đạt được bằng cách xác định và lựa chọn bức xạ có thể gây trở ngại cho hoạt động chính xác của radar. Và theo đó, việc tái cấu trúc các phức hợp thu sang các tần số khác để đảm bảo nhiễu tối thiểu.
Mọi thứ đều rất đẹp. Tất nhiên, cũng có những nhược điểm. Ví dụ, khối lượng và kích thước của một radar như vậy vượt trội hơn hẳn so với các trạm thông thường. Điều này vẫn làm phức tạp rất nhiều sự phát triển của radar UWB. Về giá cả giống nhau. Nó cao hơn cả bầu trời đối với các nguyên mẫu.
Tuy nhiên, các nhà phát triển của các hệ thống như vậy nhìn về phía trước rất lạc quan. Một mặt, khi một sản phẩm bắt đầu được sản xuất hàng loạt, nó luôn làm giảm giá thành. Và về khối lượng, các kỹ sư đang dựa vào các thành phần điện tử dựa trên gali nitride, có thể làm giảm đáng kể cả khối lượng và kích thước của các radar như vậy.
Và, chắc chắn, nó sẽ xảy ra. Đối với mỗi hướng. Và kết quả là đầu ra sẽ là một radar có xung cực ngắn, cực mạnh trong dải tần rộng, tốc độ lặp lại cao. Và - rất quan trọng - xử lý dữ liệu kỹ thuật số tốc độ cao, có khả năng "tiêu hóa" lượng lớn thông tin nhận được từ máy thu.
Có, chúng tôi thực sự cần Công nghệ với một chữ cái viết hoa ở đây. Bóng bán dẫn quá cảnh tuyết lở, điốt lưu trữ điện tích, chất bán dẫn gali nitride. Các bóng bán dẫn Avalanche nói chung không chỉ là những thiết bị bị đánh giá thấp, chúng là những thiết bị vẫn sẽ thể hiện mình. Dưới ánh sáng của công nghệ hiện đại, chúng là tương lai.
Radar sử dụng xung nano giây siêu ngắn sẽ có những ưu điểm sau so với radar thông thường:
- khả năng xuyên qua chướng ngại vật và bị phản xạ từ các mục tiêu nằm ngoài đường ngắm. Ví dụ, điều này có thể được sử dụng để phát hiện người và thiết bị phía sau chướng ngại vật hoặc trong lòng đất;
- tính bí mật cao do mật độ phổ thấp của tín hiệu UWB;
- độ chính xác của việc xác định khoảng cách lên đến vài cm do phạm vi không gian nhỏ của tín hiệu;
- khả năng nhận biết và phân loại mục tiêu ngay lập tức bằng tín hiệu phản xạ và độ chi tiết cao của mục tiêu;
- tăng hiệu quả trong việc bảo vệ chống lại tất cả các loại nhiễu thụ động gây ra bởi các hiện tượng tự nhiên: sương mù, mưa, tuyết;
Và đây không phải là tất cả những ưu điểm mà radar UWB có được so với các loại radar thông thường. Có những khoảnh khắc mà chỉ các chuyên gia và những người thông thạo các vấn đề này mới có thể đánh giá cao.
Những đặc tính này khiến radar UWB đầy hứa hẹn, nhưng có một số vấn đề đang được nghiên cứu loại bỏ.
Bây giờ là lúc để nói về những bất lợi.
Ngoài giá thành và kích thước, radar UWB còn kém hơn so với radar băng tần hẹp thông thường. Và nó rơi xuống một cách ngắn ngủi. Radar thông thường có công suất xung 0,5 GW có khả năng phát hiện mục tiêu ở khoảng cách 550 km, trong khi radar UWB có khả năng phát hiện mục tiêu ở khoảng cách 260 km. Với công suất xung 1 GW, radar dải hẹp phát hiện mục tiêu ở cự ly 655 km, radar UWB ở cự ly 310 km. Như bạn có thể thấy, gần như hai lần.
Nhưng còn một vấn đề nữa. Đây là sự không thể đoán trước về hình dạng của tín hiệu phản xạ. Radar băng hẹp hoạt động với tín hiệu hình sin không thay đổi khi đi qua không gian. Biên độ và pha thay đổi, nhưng thay đổi có thể dự đoán được và phù hợp với các định luật vật lý. Tín hiệu UWB thay đổi cả trong phổ, trong miền tần số của nó và theo thời gian.
Ngày nay, các nhà lãnh đạo được công nhận trong sự phát triển của radar UWB là Hoa Kỳ, Đức và Israel.
Tại Hoa Kỳ, máy dò mìn cầm tay AN / PSS-14 đã được phục vụ trong quân đội để phát hiện các loại mìn và các vật thể kim loại khác trong đất.
Hoa Kỳ cũng cung cấp máy dò mìn này cho các đồng minh NATO. AN / PSS-14 cho phép bạn nhìn và kiểm tra các đối tượng một cách chi tiết thông qua các chướng ngại vật và mặt đất.
Người Đức đang thực hiện dự án radar UWB băng tần Pamir Ka với băng tần tín hiệu 8 GHz.
Người Israel đã tạo ra trên nguyên lý của UWB "stenovizor", một thiết bị nhỏ gọn "Haver-400", có khả năng "nhìn" xuyên tường hoặc mặt đất.
Thiết bị này được tạo ra cho các đơn vị chống khủng bố. Nói chung đây là một loại radar UWB riêng biệt, được người Israel thực hiện rất đẹp. Thiết bị thực sự có khả năng nghiên cứu tình hình hoạt động-chiến thuật thông qua nhiều loại chướng ngại vật.
Và sự phát triển xa hơn, "Haver-800", được phân biệt bởi sự hiện diện của một số thiết bị định vị riêng biệt với ăng-ten, không chỉ cho phép nghiên cứu không gian phía sau rào cản mà còn tạo thành một bức tranh ba chiều.
Tóm lại, tôi muốn nói rằng sự phát triển của các radar UWB ở nhiều hướng khác nhau (trên bộ, trên biển, phòng không) sẽ cho phép các quốc gia có thể làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo các hệ thống này tăng cường đáng kể khả năng trinh sát của mình.
Rốt cuộc, số lượng bị bắt, được nhận dạng chính xác và được đưa đi hộ tống cùng với việc tiêu diệt các mục tiêu sau đó là chìa khóa dẫn đến chiến thắng trong bất kỳ cuộc đối đầu nào.
Và do các radar UWB ít bị ảnh hưởng bởi các đặc tính khác nhau ...
Việc sử dụng tín hiệu UWB sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả phát hiện và theo dõi các vật thể khí động học và đạn đạo trong việc kiểm soát vùng trời, khảo sát và lập bản đồ bề mặt trái đất. Radar UWB có thể giải quyết nhiều vấn đề về hỗ trợ bay và hạ cánh của máy bay.
Radar UWB là một cơ hội thực sự để xem xét ngày mai. Không phải là không có gì khi phương Tây tham gia chặt chẽ vào các phát triển theo hướng này.
tin tức