Рлс афар: АФАР: новое «зрение» современных истребителей

АФАР: новое «зрение» современных истребителей


Боевые самолеты последнего поколения оснащаются самой современной технологией обнаружения противника – активной фазированной антенной решеткой, или сокращенно АФАР. Первая в России бортовая радиолокационная станция с АФАР была создана на предприятии КРЭТ, входящем в Госкорпорацию Ростех. Сегодня активная фазированная антенная решетка входит и в состав «Белки» – радиолокационной системы новейшего российского истребителя Су-57.




Как устроен и работает этот всевидящий «глаз» истребителя – расскажем простыми словами.

Фазированная антенная решетка: от пассивной к активной


Пассивная фазированная антенная решетка (ФАР) считается первым этапом на пути к АФАР. Кстати, впервые в мировой авиации пассивная ФАР была установлена на отечественном МиГ-31, в составе радиолокационной станции «Заслон».


РЛС с ФАР на истребителе-перехватчике МиГ-31 во время дебютного показа на авиасалоне в Ле-Бурже в 1991 году


Чтобы понять, как устроена и работает любая фазированная антенная решетка, нужно вспомнить принцип действия обычного радара. Описать его можно достаточно просто: радар вначале импульсами «зондирует» пространство, а потом «ожидает» отражений. Принятый отраженный импульс сообщает информацию о цели.


Для излучения и принятия сигналов радару, конечно, нужна антенна. Для того чтобы расположить ее на борту самолета, придумали эргономичную плоскую антенну, за которой разместили приемник и передатчик.


Такой радиолокатор позволяет увидеть разные цели, только если антенну активно двигать. Образно этот процесс можно сравнить с фонариком: луч фонарика не может осветить какой-то крупный объект целиком, нужно «просканировать» его лучом. Антенна радара, в отличие от фонарика, тяжелая и двигается медленно. В этой ситуации пилот сможет удержать в «поле зрения» одну цель: одновременная атака нескольких целей становится проблематичной.


Эти сложности позволила решить современная электроника, идея разделения антенны на части и управления фазами сигналов.


Итак, плоская антенна разделяется на ячейки, образующие как бы решетку. В каждой ячейке – фазовращатель, который изменяет фазу электромагнитной волны на заданный угол. Затем сигналы из ячеек поступают на приемник. Это и есть основной принцип устройства и работы фазированной антенной решетки (ФАР).


Таким образом, антенная решетка с множеством фазовращателей, но с одним приемником и одним передатчиком называется пассивной ФАР.


АФАР: зоркий «глаз» боевого самолета


Активная фазированная антенная решетка (АФАР) является следующим этапом в развитии бортовых радиолокационных систем.


В чем же главное отличие от пассивной ФАР? Каждая ячейка АФАР содержит свой собственный приемопередатчик. Их количество может превысить одну тысячу. То есть в АФАР каждый модуль решетки содержит фазовращатель, передатчик и приемник, обходясь без одного большого передатчика, как в радарах с пассивной ФАР.



Принцип работы АФАР образно описал Юрий Белый, гендиректор НИИП им. Тихомирова, одного из ведущих разработчиков АФАР в России: «Если говорить об АФАР совсем просто, то надо понимать, что традиционный локатор – это отдельные антенна, приемник, передатчик, а в АФАР приемник с передатчиком и антенна «рассыпаются» на мелкие части, на модули. И множество этих модулей составляют АФАР. То есть каждая маленькая ячеечка, а их тысячи, содержит в себе и передатчик, и приемник. Раньше, если, например, вышел из строя передатчик, самолет становился «слепым». А тут поражены одна-две ячейки, даже десяток, а остальные тысячи продолжают работать».


Итак, тысячи модулей АФАР повышают надежность и эффективность антенны, а также появляется возможность работать на нескольких частотах сразу. Радиолокационные системы с АФАР способны одновременно решать несколько задач: поиск и обнаружение целей, параллельно с обзором пространства отстраиваться от помех, ставить помехи противнику и осуществлять картографию.


Кстати, первую в России бортовую радиолокационную станцию с АФАР создали в корпорации «Фазотрон-НИИР», входящей в состав КРЭТ.


«Умная обшивка» для истребителя Су-57


Антенны радиолокационной станции Н036 «Белка» для новейшего российского истребителя Су-57 также выполнены по технологии АФАР. Отметим, что наличие АФАР является одним из условных признаков истребителей пятого поколения.


По некоторым данным, в Н036 «Белка» используются множество технологий, отработанных на Н035 «Ирбис» — радиолокационной станции с фазированной антенной решеткой разработки НИИП и Государственного Рязанского приборного завода (ГРПЗ), входящего в КРЭТ.



В прошлом году российские истребители пятого поколения Су-57 получили так называемую «умную обшивку». Антенны станции Н036 «Белка» размещаются не только в носу машины, но и распределены по поверхности самолета, всего шесть, но точная конфигурация пока не разглашается. Неизвестна пока и большая часть характеристик радиолокационной системы Су-57. Но разработчики уже заявили, что в ходе летных испытаний станция Н036 «Белка» подтвердила заявленные параметры.


По оценке экспертов, такая «умная прошивка» обеспечит пилотам российского истребителя пятого поколения новые возможности, в частности круговой обзор на сотни километров. Использование антенн, работающих в разных диапазонах, также признано эффективным ответом американским стелс-технологиям.

Методика оценивания возможности применения АФАР

Введение

Как показывает практика, эксплуатация технических средств космического базирования неизбежно приводит к появлению космического мусора. Увеличение количества указанных средств предполагает сокращение времени получения координатной информации с более высокими качественными показателями, что предопределяет требования к средствам специального назначения, в частности радиолокационным, по энергетическому потенциалу, гибкости управления характеристиками системы в целом, повышению надежности, расширению круга решаемых задач. В свою очередь требования, предъявляемые к антеннам специализированных РЛС, по формированию множества различных ДНА определяют структуру фазированных антенных решеток (ФАР) с использованием цифрового диаграммообразования.

 

Постановка и решение задачи

Исходя из вышеизложенного, требуется с технической точки зрения выяснить применимость активных ФАР в РЛС специального назначения.

С этой целью необходимо определить тип антенной системы, оптимальные размеры антенного полотна, количество излучателей и расстояние между ними, вычислить требуемую выходную мощность элементарных приемно-передающих модулей.

В качестве критерия оптимизации можно принять оценку верхней границы прогнозируемого энергетического потенциала радиолокационной станции (РЛС) ЭˆК в пределах зоны обзора:

где {fn}К — множество определяемых параметров РЛС, n — номер параметра, К — присвоенное значение n‑го параметра; ЭˆК — энергетический потенциал РЛС.

В качестве определяемых параметров РЛС используются: энергетический потенциал РЛС, надежность АФАР, потребляемая мощность и другие.

Однако условие (1) излишне оптимистично, поскольку зависит от множества факторов (или условий функционирования), распределение которых неизвестно, и отдать предпочтение какому-либо варианту — сложно. В этих условиях для принятия решения используют ряд критериев, рассмотрим некоторые из них.

Максиминный критерий Вальда, или критерий осторожного наблюдателя, оптимизирует ожидаемый результат в расчете на самые худшие условия функционирования системы, а выбор рационального варианта производится так:

Критерий минимаксного риска («минимизация сожалений»), или критерий Сэвиджа, также рассматривается для наихудших условий функционирования, однако минимизации подлежат потери эффективности (риск) относительно самого хорошего варианта для различных условий:

где 

 показатель риска («сожалений»).

Критерий Гурвица, или критерий «пессимизма-оптимизма», в отличие от предыдущих позволяет взвесить как наихудшие, так и наилучшие условия. Полагается, что наихудшие условия могут быть с вероятностью  Py, а наилучшие с вероятностью 1–Py, тогда критерий Гурвица можно представить в следующих формах:

При Py =1 критерий Гурвица вырождается в критерий Вальда, или:

при Py = 1 критерий Гурвица вырождается в критерий Сэвиджа.

Сложность определения вероятности Py предполагает использование критериев (1–3). Целесообразным для данной задачи является выбор критерия (2), поскольку критерий (1) излишне оптимистичен, а для (3) минимизации подлежат потери эффективности (риск) относительно самого хорошего варианта для различных условий.

Введем следующие ограничения и допущения:

  1. ЭК ≥ ЭК треб— энергетический потенциал РЛС должен быть не менее значений, заданных потребителем;
  2. NL ≥ NL доп— надежность функционирования ФАР должно быть не менее допустимых значений;
  3. Ωcons(τ) — область пространства, контролируемого в течение заданного времени;
  4. RВИ≥ RВИ ТР— рубеж выдачи РЛИ должен быть не менее заданного потребителем;
  5. Р0≤ Р0 ТР— потребляемая мощность должна быть не более заданной потребителем;
  6. Z0≤ Z0 ТР— суммарные затраты эксплуатации РЛС.

Анализ технических требований, предъявляемых к антенно-фидерному устройству радиолокационных станций специального назначения, показывает, что обеспечение изменения ориентации углового и азимутального секторов обзора РЛС специального назначения в полусферическом пространстве и одновременно безынерциальное качание луча в этом секторе целесообразно осуществлять антенным постом с механическим вращением в азимутальной и угломестной плоскостях антенного полотна фазированной антенной решетки.

Известны два варианта построения фазированных антенных решеток — пассивная ФАР и активная ФАР. В последнем варианте возбуждение излучателей и фазирование сигналов элементарных излучателей осуществляется на малом уровне мощности, кроме того, отсутствует ряд сверхвысокочастотных элементов — компаратор, вращающиеся сочленения и другие.

Активная фазированная антенная решетка содержит когерентные генераторы, процессор, делители мощности, n приемопередающих модулей, оперативное запоминающее устройство, программируемую логическую интегральную схему, перезаписываемое постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, векторный модулятор, квадратурный демодулятор, полосовые фильтры, усилитель мощности, малошумящий усилитель, циркулятор, защитное устройство [1].

Типовая АФАР содержит приемопередающий модуль (ППМ) [1], построенный на базе гибридной и твердотельной микроволновой технологии. ППМ включает устройства управления мощностью и фазой излучаемых и принимаемых СВЧ-сигналов, амплитудой принимаемых сигналов, СВЧ-переключателями приема-передачи, модуляторами смещений, обеспечивающими регулировку потребления узлами ППМ при передаче и приеме, устройство интерфейса, обеспечивающего получение внешних управляющих сигналов и передачу на исполнительные узлы, устройства контроля мощности излучаемых и принимаемых сигналов в виде детекторов, подключенных к соответствующим СВЧ-фидерам через направленные ответвители, устройство отбора части мощности зондирующего сигнала.

Знание энергетического потенциала РЛС, выбранного согласно критерию (2), позволяет определить мощность, формируемую радиопередающим устройством, — Рвых.РПУ., определяемую выражением [2]:

где D — коэффициент направленного действия антенны, η — коэффициент полезного действия антенны.

Исходя из знания потенциала РЛС, выходная мощность одного ППМ определяется выражением [2]:

где N — количество ППМ в АФАР.

Оценку потребляемой мощности АФАР можно провести по формуле [2]:

где P1N/η — мощность, потребляемая в усилителях всех N модулей; ηФ — коэффициент полезного действия распределительного тракта; ηВ — коэффициент полезного действия возбудителя.

Оптимальное число излучателей антенны определяется, исходя из выбранного критерия, и в общем случае может быть различным. Расчеты показывают на достаточно близкие количественные значения.

Оценка стоимости АФАР ZˆОТР может быть произведена исходя из следующих предпосылок. Если за единицу стоимости АФАР принять долю стоимости ППМ — С1, приходящуюся на 1 Вт его выходной мощности, то расчет полной стоимости АФАР можно произвести по формуле [2]:

где  А = Сн+Сф+1,5Сд,

 

где Сн = 0,1С1 — стоимость излучателя; Сф = 0,5С1 — стоимость фазовращателя; Сд = 0,01С1 — стоимость одного канала делителя; D1 — КНД одного излучателя решетки; ηФ, ηB — коэффициент полезного действия фазовращателя и делителя; К — коэффициент усиления ППМ.

Расчетная мощность усилителя СВЧ на полупроводниках, входящих в состав одного ППМ, приближенно равна 0,25–0,3 кВт. Анализ полупроводниковой элементной базы и проведенные расчеты усилителей СВЧ показывают возможность их реализации на отечественной элементной базе, но по многокаскадным схемам.

 

Заключение

Реализация АФАР позволит сравнительно простыми техническими средствами повысить надежность функционирования РЛС как системы за счет унификации ППМ и достаточно высоких показателей наработки на отказ полупроводниковых элементов, входящих в состав ППМ.

Литература

  1. Активная фазированная антенная решетка. Патент RU 2531562C2, 14.11.12 г.
  2. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д. И. Воскресенского и А. И. Канащенкова. М.: Радиотехника, 2004.

Высокий Афар, Найнава, IQ | Текущие прогнозы погоды, радиолокационные карты и новости

Tall ‘Afar, Nīnawá, IQ | Текущие прогнозы погоды, радиолокационные карты и новости | WeatherBug

  • Наземная правда

  • Войти
  • Нажимать
  • Образование
  • Обратная связь
  • Карьера

  • Настройки

  • Языковой стандарт ({{ $root. SelectedLocaleLanguage | верхний регистр }})

  • Сейчас
  • Ежечасно
  • 10 дней

    • Живой радар

      • Информация о погоде

    • Прогноз

      }

    • Избранные видео

    • Качество воздуха

    • Последние новости о погоде

      • Сегодняшнее национальное обозрение

      • Аллергия и пыльца

        • Простуда

        • Снег и лыжи

    • Пожарный центр

    • Недоступно

    • Дорожные камеры

    • Погодные камеры

Метеорологический радар: регион Афар — meteoblue

Морось

Слабая

Умеренная

Сильная

Очень сильная

Град

Метеорологический радар ( Регион Афар ) показывает, где сейчас идет дождь или снег. Радарная карта обновляется каждые 5 минут новым радиолокационным наблюдением.
Различные цвета указывают на интенсивность осадков или снегопадов. Светло-синий указывает на изморось, синий — на среднюю интенсивность, а красный и желтый — на очень сильные осадки, обычно связанные с грозами.
Текущие удары молнии отмечены на карте маленькими оранжевыми точками (только для Европы). Обратите внимание, что молния не отображается в прогнозе, так как ее нельзя предсказать.
Более того, в некоторых странах нет сети метеорологических радаров, и в этих странах для оценки количества осадков используются спутниковые данные, которые менее точны, чем метеорологические радары в реальном времени.

Регион Афар: Насколько точен прогноз, основанный на радаре?

Прогноз дождя/снега рассчитывается путем оценки движения ячеек осадков, наблюдаемых радаром, и экстраполяции этого движения в будущее. Этот так называемый прогноз осадков является наиболее точным возможным прогнозом осадков, но горизонт прогноза ограничен примерно часом.