Многофункциональный радар с фазированной решеткой

Многофункциональный радар с фазированной решеткой

Установка MPAR в 2003 году.
Страна происхождения	США
Введено	2003
№ построено	1
Тип	Метеорологический/воздушный радар
Частота	3200 МГц ( S-диапазон )
ПРФ	918 Гц
Ширина луча	бортовой 1,6° - 2,2° под углом 45° [1]
Ширина импульса	Регулируется до 2,5 мкс
Обороты в минуту	Механически управляемый
Высота	360 м (1180 футов)
Диаметр	3,7 м (12 футов)
Азимут	Механически управляемая - ожидается 4+ антенны при оперативном развертывании
Высота	до 60º
Власть	750 кВт

Многофункциональный фазированный радар (MPAR) был экспериментальной доплеровской радиолокационной системой, которая использовала технологию фазированной решетки . MPAR мог сканировать под углами до 60 градусов по высоте и одновременно отслеживать метеорологические явления, биологических летательных аппаратов, несотрудничающие самолеты и воздушное движение . С 2003 по 2016 год на материковой части Соединенных Штатов был один действующий MPAR — перепрофилированный радар AN/SPY-1A, предоставленный NOAA в аренду ВМС США . ^[2] MPAR был выведен из эксплуатации и демонтирован в 2016 году.

NOAA и FAA планируют в конечном итоге вывести из эксплуатации свои радары NEXRAD , TDWR и ASR в пользу нескольких сотен радаров с фазированной решеткой, концептуально похожих на MPAR. ^[3]

MPAR был создан на основе корабельного радара ВМС США AN/SPY-1. Впервые появившись на вооружении в 1973 году, когда он был установлен на USS Norton Sound , AN/SPY-1 стал стандартным радаром воздушного поиска ВМС США и флотов нескольких других стран-союзников. Во время использования было обнаружено, что уровень ложных срабатываний был высоким из-за обнаружения радаром роев насекомых и помех от близлежащей горной местности. ^[4] Хотя это и проблематично для военного радара ПВО , это идеально подходит для метеорологического радара и сделало радары с фазированной решеткой главным кандидатом для внедрения в метеорологическом спектре. Поскольку в 1990-х годах появлялись различные версии семейства AN/SPY, в 2003 году ВМС США одолжили излишки радара AN/SPY-1A NOAA для метеорологических исследований. NOAA построило башню и постамент для размещения антенны и ее компонентов в Национальной лаборатории сильных штормов в Нормане, штат Оклахома . ^{[5] [6]}

Обычные радары обычно используют большую параболическую тарелку для фокусировки луча радара и полагаются на двигатели для перемещения тарелки по азимуту и ​​углу места. Напротив, фазированные решетки представляют собой антенную решетку , состоящую из множества маленьких антенн на плоской панели, которые управляют лучом радара электронным способом, изменяя фазу сигнала , излучаемого каждым элементом антенны. Сигналы от каждого элемента складываются в желаемом направлении и нейтрализуются в других направлениях, явление, известное как интерференция . Эта возможность может устранить необходимость в двигателях и подвижных частях, что повышает надежность и может снизить стоимость системы. ^[7] Однако углы, в которых фазированная решетка с плоской панелью может направлять свой луч, ограничены максимумом приблизительно в 120°, причем 90° являются более реалистичными. Это означает, что для обеспечения полного покрытия на 360° требуются четыре панели, установленные под прямым углом друг к другу, или меньше панелей (даже всего одна), установленных на вращающемся постаменте, как в случае с обычным радаром-тарелкой. ^[8] Альтернативой является построение радара из множества высоких, но узких антенных полос, расположенных в форме цилиндра. ^[8]

С 2003 по 2016 год MPAR составлял ядро ​​Национального испытательного стенда метеорологических радаров (NWRT), использовавшегося в качестве концептуального теста для проверки метеорологического потенциала фазированных антенных решеток. MPAR обеспечивал гораздо более быстрое объемное сканирование, комплексное профилирование ветра и более полное понимание сверхъячеистой структуры, одновременно отслеживая самолеты. ^[9] Благодаря временному разрешению от 30 до 60 секунд и односекторному сканирующему решению, используемому MPAR, время предупреждения о сильных штормах и торнадо увеличилось на целых 8 минут с уже существующих 13 минут. ^{[10] [11]}

Одним из недостатков MPAR по сравнению с нынешними развернутыми радарами NEXRAD было то, что MPAR не поддерживал двойную поляризацию , то есть полярную ориентацию луча радара. Технология двойной поляризации использует тот факт, что падающие капли дождя имеют сплющенную форму из-за сопротивления воздуха и, таким образом, возвращают другой сигнал в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной. ^[12] Аналогично, другие объекты — снег, град, птицы и насекомые, дым — также по-разному отражают луч радара в двух плоскостях. Эти различия измеряются радаром, компьютерные алгоритмы обрабатывают данные и делают выводы о характере обнаруженных осадков. Поляриметрический радар обеспечивает улучшения в обнаружении торнадо, измерении интенсивности осадков, различении типов осадков и многом другом. ^{[13] [14] [15]} Возможность двойной поляризации была развернута на существующих радарах NEXRAD, начиная с 2011 года, и была завершена к апрелю 2013 года. ^[16] MPAR, будучи разработкой 1970-х годов, не имел поляриметрических возможностей, и его модернизация была бы дорогостоящей, если не невозможной. ^{[17] [18]} Это ограничение было устранено в преемнике MPAR (см. раздел ниже).

Помимо метеорологических наблюдений, MPAR был способен осуществлять наблюдение за воздушным движением — это была первоначальная роль мощных радаров AN/SPY-1, от которых произошел MPAR. Возможность обнаруживать и отслеживать самолеты, одновременно следя за погодой, привлекла внимание FAA, которое эксплуатирует многочисленные радары для целей управления воздушным движением (например, серии ASR), а также локализованные метеорологические радары вблизи аэропортов (блоки TDWR) для обнаружения опасностей для самолетов, таких как стаи птиц , сдвиг ветра и микропорывы , среди прочего . ^[19] Девять различных моделей радаров на основе тарелки можно было бы заменить одним радаром с фазированной решеткой. ^[20] Объединение этих различных типов радаров и их функций в одну модель привело бы к экономии средств за счет сокращения до одной трети необходимых радаров, упрощения обучения и обслуживания, а также повышения надежности за счет общности запасных частей. ^{[19] [21]}

Хотя MPAR был мощным радаром с уникальными функциями, недоступными для обычных метеорологических и воздушных радаров наблюдения, это была старая конструкция, использовавшая старые детали, и ее потенциал модернизации оборудования был сильно ограничен; во многих отношениях он уступал обычным радарам. Чтобы освободить место для более совершенного радара, MPAR был выведен из эксплуатации и удален из своей башни 26 августа 2016 года. ^[22]

Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института возглавила проект по разработке преемника MPAR с двойной полярностью, включив в него многочисленные уроки, извлеченные из разработки и эксплуатации MPAR. ^[21] Прототип, названный Advanced Technology Demonstrator (ATD), был установлен 12 июля 2018 года на башне, где ранее размещался MPAR, и, как ожидается, он будет полностью введен в эксплуатацию в 2019 году. ^{[22] [23] [ требуется обновление ]} Как и MPAR, радар ATD представляет собой плоскую панельную фазированную решетку S-диапазона с полем зрения 90°. Он состоит из 76 квадратных панелей, каждая из которых имеет 64 излучающих элемента (всего 4864 элемента), расположенных на антенне длиной 14 футов (4,3 м), и установлен на вращающемся постаменте, аналогичном тем, которые используются в антеннах-тарелках NEXRAD. ^[24]