กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 13 นาที

อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ

อาร์เรย์ สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอ คทีฟ ( AESA ) เป็นเสาอากาศ แบบอาร์เรย์เฟส ชนิดหนึ่งซึ่งเป็น อาร์เรย์เสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์...

อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ

เครื่องบิน รบ ยูโรไฟเตอร์ ไทฟูนที่ถอดฝาครอบด้านหน้าออก เผยให้เห็น เสาอากาศเรดาร์ Euroradar CAPTOR AESA

อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอ คทีฟ ( AESA ) เป็นเสาอากาศ แบบอาร์เรย์เฟสชนิดหนึ่งซึ่งเป็นอาร์เรย์เสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ โดยที่ลำแสงคลื่นวิทยุสามารถควบคุมทิศทางได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ให้ชี้ไปยังทิศทางต่างๆ โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ[ 1 ]ใน AESA องค์ประกอบเสาอากาศแต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับโมดูลส่ง/รับแบบโซลิดสเตทขนาดเล็ก (TRM) ภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวส่งและ/หรือตัวรับสำหรับเสาอากาศ ซึ่งแตกต่างจากอาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA) ที่องค์ประกอบเสาอากาศทั้งหมดเชื่อมต่อกับตัวส่งและ/หรือตัวรับเพียงตัวเดียวผ่านตัวเปลี่ยนเฟสภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ การใช้งานหลักของ AESA คือในเรดาร์และเรียกว่าเรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสแอคทีฟ (APAR)

AESA เป็นเทคโนโลยีอาร์เรย์เฟสรุ่นที่สองที่ทันสมัยและซับซ้อนกว่า PESA รุ่นดั้งเดิม PESA สามารถปล่อยคลื่นวิทยุได้เพียงลำแสงเดียวที่ความถี่เดียวในแต่ละครั้ง หากต้องการลำแสงหลายลำ ต้องใช้เมทริกซ์บัตเลอร์ ส่วน AESA สามารถปล่อยคลื่นวิทยุได้หลายลำแสงที่ความถี่หลายความถี่พร้อมกัน เรดาร์ AESA สามารถกระจายสัญญาณไปในช่วงความถี่ที่กว้างกว่า ทำให้ตรวจจับได้ยากขึ้นท่ามกลางสัญญาณรบกวน ทำให้เรือและเครื่องบินสามารถปล่อยสัญญาณเรดาร์ที่ทรงพลังได้โดยยังคงพรางตัวได้ดี และยังทนต่อการรบกวนได้ดีกว่าด้วยนอกจากนี้ยังพบระบบไฮบริดที่ผสมผสานระหว่าง AESA และ PESA ซึ่งประกอบด้วยซับอาร์เรย์ที่คล้ายกับ PESA แต่ละซับอาร์เรย์มีส่วนหน้า RF ของตัวเอง การใช้แนวทางไฮบริดทำให้สามารถรับประโยชน์ของ AESA (เช่น ลำแสงอิสระหลายลำ) ได้ในราคาที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ AESA บริสุทธิ์

เรดาร์ AESA แบบติดตั้งบนพื้นดิน บนเรือ และบนอากาศรุ่นแรกเริ่มใช้งานได้ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 [ 2 ] [ 3 ]

ประวัติศาสตร์

ภาพร่างแนวคิดของ ZMAR ปี 1962
ภาพถ่ายทางอากาศแสดงโดมทั้งสามของต้นแบบเรดาร์มัลติฟังก์ชันแบบอาร์เรย์ ซึ่งล้อมรอบด้วยรั้วกั้นสัญญาณรบกวนณ ฐานยิงขีปนาวุธไวท์แซนด์ส รัฐนิวเม็กซิโก
ภาพร่างของเรดาร์ต่อต้านขีปนาวุธ FLAT TWIN

ในปี 1960 Bell Labsเสนอให้เปลี่ยน เรดาร์ Nike Zeusด้วยระบบอาร์เรย์เฟส และได้รับการอนุมัติให้พัฒนาในเดือนมิถุนายน ปี 1961 ผลลัพธ์ที่ได้คือเรดาร์อาร์เรย์มัลติฟังก์ชัน Zeus (ZMAR) ซึ่งเป็นตัวอย่างแรกๆ ของระบบเรดาร์อาร์เรย์แบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์[ 4 ] ZMAR กลายเป็น MAR เมื่อโครงการ Zeus สิ้นสุดลงและหันมาใช้ ระบบ Nike-X แทน ในปี 1963 MAR (เรดาร์อาร์เรย์มัลติฟังก์ชัน) ประกอบด้วยเสาอากาศขนาดเล็กจำนวนมาก แต่ละเสาเชื่อมต่อกับเครื่องส่งหรือเครื่องรับที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์แยกต่างหาก การใช้ ขั้นตอน การสร้างลำแสงและการประมวลผลสัญญาณ ที่หลากหลาย MAR เพียงตัวเดียวสามารถทำการตรวจจับระยะไกล การสร้างเส้นทางการติดตาม การแยกแยะหัวรบออกจากเป้าลวง และการติดตามขีปนาวุธสกัดกั้นขาออกได้[ 5 ]

MAR อนุญาตให้ควบคุมการรบทั้งหมดในพื้นที่กว้างได้จากไซต์เดียว MAR แต่ละแห่งและศูนย์บัญชาการรบที่เกี่ยวข้องจะประมวลผลการติดตามเป้าหมายหลายร้อยเป้าหมาย จากนั้นระบบจะเลือกแบตเตอรี่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละเป้าหมาย และส่งมอบเป้าหมายเฉพาะให้โจมตี โดยปกติแล้วแบตเตอรี่หนึ่งชุดจะเชื่อมโยงกับ MAR ในขณะที่แบตเตอรี่อื่นๆ จะกระจายอยู่รอบๆ แบตเตอรี่ระยะไกลติดตั้งเรดาร์ที่เรียบง่ายกว่ามาก ซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักในการติดตามขีปนาวุธ Sprint ที่ส่งออกไปก่อนที่จะมองเห็นได้โดย MAR ที่อาจอยู่ไกล เรดาร์ไซต์ขีปนาวุธ (MSR) ขนาดเล็กเหล่านี้จะถูกสแกนแบบพาสซีฟทำให้เกิดลำแสงเพียงลำเดียวแทนที่จะเป็นลำแสงหลายลำของ MAR [ 5 ]

แม้ว่า MAR จะประสบความสำเร็จในที่สุด แต่ต้นทุนของระบบนั้นมหาศาล เมื่อปัญหา ABM ซับซ้อนมากจนแม้แต่ระบบอย่าง MAR ก็ไม่สามารถรับมือกับสถานการณ์การโจมตีที่สมจริงได้อีกต่อไป แนวคิด Nike-X จึงถูกยกเลิกและหันไปใช้แนวคิดที่เรียบง่ายกว่ามาก เช่นโปรแกรม Sentinelซึ่งไม่ได้ใช้ MAR ตัวอย่างที่สอง MAR-II ถูกยกเลิกในสถานที่บนเกาะKwajalein [ 6 ]

เรดาร์ APAR รุ่นแรกของโซเวียต คือ5N65พัฒนาขึ้นระหว่างปี 1963-1965 โดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบป้องกันขีปนาวุธ S-225 หลังจากได้รับการปรับปรุงแนวคิดของระบบในปี 1967 ก็ได้สร้างเรดาร์รุ่นนี้ขึ้นที่ สนามทดสอบ ซารี ชากันในปี 1970-1971 และได้รับฉายาว่า "Flat Twin" ในโลกตะวันตก สี่ปีต่อมา เรดาร์อีกตัวที่มีดีไซน์เดียวกันนี้ถูกสร้างขึ้นที่สนามทดสอบคูราในขณะที่ระบบ S-225 ไม่เคยถูกนำไปใช้งานจริง

ผู้ผลิตเรดาร์ AESA ที่ใช้ใน F-22 และ Super Hornet ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา ได้แก่ Northrop Grumman [ 7 ]และ Raytheon [ 8 ]บริษัทเหล่านี้ยังออกแบบ พัฒนา และผลิตโมดูลส่ง/รับสัญญาณซึ่งเป็น 'ส่วนประกอบพื้นฐาน' ของเรดาร์ AESA เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นได้รับการพัฒนาขึ้นภายในองค์กรผ่านโครงการวิจัยของกระทรวงกลาโหม เช่นโครงการMMIC [ 9 ] [ 10 ]ในปี 2016 รัฐสภาได้ให้ทุนสนับสนุนการแข่งขันอุตสาหกรรมทางทหารเพื่อผลิตเรดาร์ใหม่สำหรับเครื่องบินรบของกองกำลังพิทักษ์ชาติจำนวน 24 ลำ[ 11 ]

แนวคิดพื้นฐาน

แผนผังพื้นฐานของ AESA

โดยทั่วไป ระบบเรดาร์ทำงานโดยการเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับเครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่มีกำลังสูง เพื่อปล่อยสัญญาณเป็นช่วงสั้นๆ จากนั้นจะถอดเครื่องส่งสัญญาณออก และเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับเครื่องรับสัญญาณที่มีความไวสูง ซึ่งจะขยายสัญญาณสะท้อนจากวัตถุเป้าหมาย โดยการวัดเวลาที่สัญญาณใช้ในการเดินทางกลับมา เครื่องรับสัญญาณเรดาร์สามารถกำหนดระยะห่างจากวัตถุได้ จากนั้นเครื่องรับสัญญาณจะส่งเอาต์พุตที่ได้ไปยังจอแสดงผลชนิดใดชนิดหนึ่งส่วนประกอบของเครื่องส่งสัญญาณโดยทั่วไปจะเป็นหลอดไคลสตรอนหรือแมกเนตรอนซึ่งเหมาะสมสำหรับการขยายหรือสร้างช่วงความถี่แคบๆ ให้มีกำลังสูง เพื่อสแกนพื้นที่บนท้องฟ้า เสาอากาศเรดาร์จะต้องถูกเคลื่อนย้ายเพื่อชี้ไปยังทิศทางต่างๆ

ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เป็นต้นมา มีการนำอุปกรณ์ โซลิดสเตท แบบใหม่ ที่สามารถหน่วงสัญญาณส่งได้อย่างควบคุมมาใช้ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาระบบเรดาร์แบบพาสซีฟอิเล็กทรอนิกส์สแกนอาร์เรย์ (PESA) หรือเรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ขนาดใหญ่ที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก เรดาร์ PESA รับสัญญาณจากแหล่งกำเนิดเดียว แยกออกเป็นหลายร้อยเส้นทาง หน่วงสัญญาณบางเส้นทางอย่างเลือกสรร และส่งไปยังเสาอากาศแต่ละตัว สัญญาณวิทยุจากเสาอากาศแต่ละตัวจะซ้อนทับกันในอวกาศ และรูปแบบการรบกวนระหว่างสัญญาณแต่ละตัวจะถูกควบคุมเพื่อเสริมความแรงของสัญญาณในบางทิศทาง และลดทอนสัญญาณในทิศทางอื่นๆ การหน่วงสัญญาณสามารถควบคุมได้ง่ายด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถปรับทิศทางลำแสงได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ เรดาร์ PESA สามารถสแกนพื้นที่ได้เร็วกว่าระบบกลไกแบบดั้งเดิมมาก นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ เรดาร์ PESA ยังมีความสามารถในการสร้างลำแสงแอคทีฟหลายลำ ทำให้สามารถสแกนท้องฟ้าได้อย่างต่อเนื่องในขณะเดียวกันก็โฟกัสลำแสงขนาดเล็กไปยังเป้าหมายบางอย่างเพื่อติดตามหรือนำทางขีปนาวุธนำวิถีด้วยเรดาร์กึ่งแอค ทีฟ ระบบ PESA แพร่หลายอย่างรวดเร็วบนเรือและฐานติดตั้งถาวรขนาดใหญ่ในช่วงทศวรรษ 1960 ตามมาด้วยเซ็นเซอร์แบบติดตั้งบนเครื่องบินเมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็ลง

AESA เป็นผลมาจากการพัฒนาเพิ่มเติมในด้านอิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตท ในระบบก่อนหน้านี้ สัญญาณที่ส่งออกไปนั้นถูกสร้างขึ้นในไคลสตรอนหรือหลอดคลื่นเดินทางหรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน ซึ่งมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ส่วนอิเล็กทรอนิกส์รับสัญญาณก็มีขนาดใหญ่เช่นกันเนื่องจากความถี่สูงที่ใช้งาน การนำ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ แกลเลียมอาร์เซไนด์มาใช้ในช่วงทศวรรษ 1980 ช่วยลดขนาดขององค์ประกอบรับสัญญาณลงอย่างมาก จนกระทั่งสามารถสร้างองค์ประกอบที่มีประสิทธิภาพได้ในขนาดที่คล้ายกับวิทยุพกพา ซึ่งมีปริมาตรเพียงไม่กี่ลูกบาศก์เซนติเมตรเท่านั้น การนำJFETและMESFET มา ใช้ก็ส่งผลเช่นเดียวกันกับด้านส่งสัญญาณของระบบ ทำให้เกิดเครื่องขยายสัญญาณและส่งสัญญาณที่มีเครื่องกำเนิดรูปคลื่นโซลิดสเตทกำลังต่ำป้อนไปยังเครื่องขยายสัญญาณ ทำให้เรดาร์ใดๆ ที่ติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถส่งสัญญาณในช่วงความถี่ที่กว้างขึ้นมาก จนถึงจุดที่สามารถเปลี่ยนความถี่ในการทำงานได้ทุกครั้งที่ส่งพัลส์ออกไป การย่อขนาดชุดประกอบทั้งหมด (ตัวส่ง ตัวรับ และเสาอากาศ) ให้เหลือเพียง "โมดูลส่ง-รับ" (TRM) เดียวที่มีขนาดประมาณกล่องนม และการจัดเรียงองค์ประกอบเหล่านี้เข้าด้วยกัน จะทำให้เกิด AESA ขึ้น

ข้อได้เปรียบหลักของ AESA เมื่อเทียบกับ PESA คือความสามารถของโมดูลต่างๆ ในการทำงานที่ความถี่ต่างกัน ต่างจาก PESA ที่สร้างสัญญาณที่ความถี่เดียวโดยตัวส่งสัญญาณจำนวนน้อย ใน AESA แต่ละโมดูลจะสร้างและส่งสัญญาณอิสระของตัวเอง ทำให้ AESA สามารถสร้าง "ลำแสงย่อย" จำนวนมากพร้อมกันได้ ซึ่งสามารถแยกแยะได้ตามความถี่ที่แตกต่างกัน และติดตามเป้าหมายจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ AESA ยังสามารถสร้างลำแสงที่ประกอบด้วยความถี่ต่างๆ มากมายพร้อมกันได้ โดยใช้การประมวลผลภายหลังของสัญญาณที่รวมกันจาก TRM จำนวนมาก เพื่อสร้างภาพเสมือนว่ามีการส่งลำแสงทรงพลังเพียงลำเดียว อย่างไรก็ตาม นั่นหมายความว่าสัญญาณรบกวนที่มีอยู่ในแต่ละความถี่ก็จะถูกรับและบวกเข้าด้วยกัน

ข้อดี

AESA เพิ่มขีดความสามารถหลายอย่างให้กับ PESA เช่น ความสามารถในการสร้างลำแสงหลายลำพร้อมกัน การใช้กลุ่ม TRM สำหรับบทบาทต่างๆ พร้อมกัน เช่น การตรวจจับเรดาร์ และที่สำคัญกว่านั้นคือ ลำแสงและคลื่นความถี่ในการสแกนหลายความถี่พร้อมกันนั้น สร้างความยากลำบากให้กับเครื่องตรวจจับเรดาร์แบบดั้งเดิมที่ใช้การหาความสัมพันธ์

โอกาสที่จะถูกสกัดกั้นนั้นต่ำ

ระบบเรดาร์ทำงานโดยการส่งสัญญาณออกไป แล้วจึงฟังเสียงสะท้อนจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไป เส้นทางแต่ละเส้นทาง ทั้งไปและกลับจากเป้าหมาย จะอยู่ภายใต้กฎการแพร่กระจายแบบกำลังสองผกผัน ทั้งในสัญญาณที่ส่งออกไปและสัญญาณที่สะท้อนกลับมา นั่นหมายความว่าพลังงานที่เรดาร์รับได้จะลดลงตามกำลังสี่ของระยะทาง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบเรดาร์จึงต้องการกำลังสูง มักอยู่ในช่วงเมกะวัตต์ เพื่อให้มีประสิทธิภาพในระยะไกล

สัญญาณเรดาร์ที่ส่งออกไปนั้นเป็นสัญญาณวิทยุแบบง่ายๆ และสามารถรับได้ด้วยเครื่องรับวิทยุ แบบง่ายๆ เครื่องบินและเรือรบมีเครื่องรับป้องกันตัวที่เรียกว่า " เครื่องรับเตือนภัยเรดาร์ " (RWR) ซึ่งจะตรวจจับเมื่อลำแสงเรดาร์ของศัตรูตกกระทบ ทำให้ทราบตำแหน่งของศัตรู ต่างจากหน่วยเรดาร์ที่ต้องส่งคลื่นออกไปแล้วจึงรับสัญญาณสะท้อนกลับ เครื่องรับของเป้าหมายไม่จำเป็นต้องรับสัญญาณสะท้อนกลับ ดังนั้นสัญญาณจึงลดลงตามกำลังสองของระยะทางเท่านั้น นั่นหมายความว่าเครื่องรับจะมีข้อได้เปรียบเหนือเรดาร์เสมอ (โดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างของขนาดเสาอากาศ) ในแง่ของระยะทาง – มันจะสามารถตรวจจับสัญญาณได้นานก่อนที่เรดาร์จะเห็นสัญญาณสะท้อนของเป้าหมาย เนื่องจากตำแหน่งของเรดาร์เป็นข้อมูลที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการโจมตีเป้าหมายนั้น จึงหมายความว่าโดยทั่วไปแล้วเรดาร์จะต้องถูกปิดใช้งานเป็นเวลานานหากถูกโจมตี ซึ่งเป็นเรื่องปกติในเรือรบเป็นต้น

ต่างจากเรดาร์ที่รู้ทิศทางที่ส่งสัญญาณออกไป ตัวรับสัญญาณจะได้รับเพียงพัลส์พลังงานและต้องตีความ เนื่องจากคลื่นวิทยุเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวน สัญญาณของตัวรับสัญญาณจึงถูกรวมเข้าด้วยกันในช่วงเวลาสั้นๆ ทำให้แหล่งกำเนิดสัญญาณแบบเป็นคาบ เช่น เรดาร์ สะสมและโดดเด่นเหนือพื้นหลังแบบสุ่ม ทิศทางโดยประมาณสามารถคำนวณได้โดยใช้เสาอากาศหมุน หรืออาร์เรย์แบบพาสซีฟที่คล้ายกันโดยใช้การเปรียบเทียบเฟสหรือ แอมพลิจูด โดยทั่วไปแล้ว RWR จะจัดเก็บพัลส์ที่ตรวจพบในช่วงเวลาสั้นๆ และเปรียบเทียบความถี่ในการออกอากาศและความถี่ในการทำซ้ำพัลส์กับฐานข้อมูลของเรดาร์ที่รู้จัก ทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดมักจะรวมกับสัญลักษณ์ที่บ่งบอกถึงวัตถุประสงค์ที่เป็นไปได้ของเรดาร์ เช่นการเตือนภัยและควบคุมทางอากาศล่วงหน้าขีปนาวุธพื้นสู่อากาศเป็นต้น

เทคนิคนี้มีประโยชน์น้อยกว่ามากเมื่อใช้กับเรดาร์ที่มีตัวส่งสัญญาณแบบปรับความถี่ได้ (โซลิดสเตท) เนื่องจาก AESA (หรือ PESA) สามารถเปลี่ยนความถี่ได้ในทุกพัลส์ (ยกเว้นเมื่อใช้การกรองแบบดอปเปลอร์) และโดยทั่วไปจะทำเช่นนั้นโดยใช้ลำดับแบบสุ่ม การรวมในช่วงเวลาจึงไม่ช่วยดึงสัญญาณออกจากสัญญาณรบกวนพื้นหลัง ยิ่งไปกว่านั้น เรดาร์อาจได้รับการออกแบบมาเพื่อยืดระยะเวลาของพัลส์และลดกำลังสูงสุด AESA หรือ PESA รุ่นใหม่มักจะมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เหล่านี้ในระหว่างการทำงาน ซึ่งไม่มีผลต่อพลังงานทั้งหมดที่สะท้อนจากเป้าหมาย แต่ทำให้การตรวจจับพัลส์โดยระบบ RWR มีโอกาสน้อยลง[ 12 ] AESA ยังไม่มีความถี่การทำซ้ำพัลส์คงที่ใดๆ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้และซ่อนความสว่างเป็นระยะๆ ทั่วทั้งสเปกตรัม RWR รุ่นเก่าแทบจะไม่มีประโยชน์เลยเมื่อใช้กับเรดาร์ AESA ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม AESA จึงเป็นที่รู้จักในชื่อเรดาร์ที่มีความน่าจะเป็นในการสกัดกั้นต่ำ RWR สมัยใหม่ต้องมีความไวสูง (มุมและแบนด์วิดท์เล็กสำหรับเสาอากาศแต่ละตัว การสูญเสียการส่งสัญญาณและเสียงรบกวนต่ำ) [ 12 ]และเพิ่มพัลส์ต่อเนื่องผ่านการประมวลผลเวลา-ความถี่เพื่อให้ได้อัตราการตรวจจับที่มีประโยชน์[ 13 ]

ทนทานต่อการรบกวนสูง

การรบกวนสัญญาณก็ทำได้ยากกว่ามากกับเรดาร์ AESA เช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว เครื่องรบกวนสัญญาณจะทำงานโดยการตรวจสอบความถี่ในการทำงานของเรดาร์ แล้วส่งสัญญาณรบกวนไปยังความถี่นั้นเพื่อทำให้เครื่องรับสับสนว่าสัญญาณใดเป็นสัญญาณ "จริง" และสัญญาณใดเป็นสัญญาณรบกวนจากเครื่องรบกวน เทคนิคนี้ได้ผลตราบใดที่ระบบเรดาร์ไม่สามารถเปลี่ยนความถี่ในการทำงานได้ง่าย ในสมัยที่เครื่องส่งสัญญาณใช้หลอดไคลสตรอน โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเช่นนั้น และเรดาร์ โดยเฉพาะเรดาร์บนเครื่องบิน มีความถี่ให้เลือกเพียงไม่กี่ความถี่ เครื่องรบกวนสัญญาณสามารถฟังความถี่ที่เป็นไปได้เหล่านั้นและเลือกความถี่ที่จะใช้ในการรบกวนได้

เรดาร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่สามารถเปลี่ยนความถี่ในการทำงานได้ทุกครั้งที่ปล่อยพัลส์ ซึ่งอาจทำให้การรบกวนมีประสิทธิภาพลดลง แม้ว่าจะสามารถส่งสัญญาณรบกวนสีขาวแบบบรอดแบนด์เพื่อทำการรบกวนแบบครอบคลุมทุกความถี่ที่เป็นไปได้ แต่ก็ลดปริมาณพลังงานของเครื่องรบกวนในแต่ละความถี่ลง เรดาร์ AESA มีความสามารถเพิ่มเติมในการปล่อยพัลส์สเปกตรัมกว้างเดี่ยวที่เรียกว่า " ชิป"ซึ่งยากต่อการรบกวนมากกว่า

ระบบ AESA ยังสามารถเปลี่ยนไปใช้โหมดรับสัญญาณอย่างเดียว และใช้สัญญาณรบกวนที่มีกำลังสูงเหล่านี้ในการติดตามแหล่งที่มา ซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องใช้ตัวรับสัญญาณแยกต่างหากในระบบรุ่นเก่า ด้วยการรวมสัญญาณที่ได้รับจากเรดาร์ของเป้าหมายเข้ากับอัตราการส่งข้อมูลที่ต่ำกว่าจากการออกอากาศของตนเอง ระบบตรวจจับที่มีอัตราการเตือนภัยเรดาร์ที่แม่นยำ เช่น AESA สามารถสร้างข้อมูลได้มากขึ้นโดยใช้พลังงานน้อยลง ระบบที่สามารถสร้างลำแสงรับสัญญาณได้บางระบบ ซึ่งมักจะเป็นระบบภาคพื้นดิน อาจไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องส่งสัญญาณเลยด้วยซ้ำ

อย่างไรก็ตาม การใช้เสาอากาศรับสัญญาณเพียงตัวเดียวจะให้เพียงทิศทางเท่านั้น การหาค่าระยะทางและเวกเตอร์เป้าหมายนั้น จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์รับสัญญาณแบบพาสซีฟที่แยกจากกันอย่างน้อยสองตัวเพื่อให้การหาค่าแบบทันทีทันใดเป็นไปได้ เว้นแต่จะ ใช้ การแทรกสอดเฟสการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของเป้าหมายสามารถประมาณค่าเหล่านี้ได้โดยการรวมการวัดทิศทางหลายๆ ครั้งในช่วงเวลาต่างๆ เข้ากับความรู้เกี่ยวกับตำแหน่งของตัวรับสัญญาณและข้อจำกัดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้ของเป้าหมาย

ข้อดีอื่นๆ

เนื่องจากแต่ละองค์ประกอบใน AESA เป็นเครื่องรับสัญญาณวิทยุที่มีประสิทธิภาพสูง อาร์เรย์แบบแอคทีฟจึงมีบทบาทมากมายนอกเหนือจากเรดาร์แบบดั้งเดิม การใช้งานอย่างหนึ่งคือการจัดสรรองค์ประกอบหลายๆ ตัวเพื่อรับสัญญาณเรดาร์ทั่วไป ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องรับสัญญาณเตือนเรดาร์แยกต่างหาก แนวคิดพื้นฐานเดียวกันนี้สามารถนำมาใช้เพื่อสนับสนุนวิทยุแบบดั้งเดิม และด้วยองค์ประกอบบางส่วนที่ทำการส่งสัญญาณด้วย ก็จะสามารถสร้างลิงก์ข้อมูลที่มีแบนด์วิดท์ สูงมาก ได้ เครื่องบิน F-35 ใช้กลไกนี้ในการส่งข้อมูลเซ็นเซอร์ระหว่างเครื่องบินเพื่อให้ได้ภาพสังเคราะห์ที่มีความละเอียดและระยะทางสูงกว่าที่เรดาร์ตัวใดตัวหนึ่งจะสร้างได้ ในปี 2007 การทดสอบโดยNorthrop Grumman , Lockheed Martin และL-3 Communicationsทำให้ระบบ AESA ของเครื่องบิน Raptor สามารถทำงานเหมือน จุดเชื่อมต่อ WiFiได้ โดยสามารถส่งข้อมูลได้ที่ความเร็ว 548 เมกะบิตต่อวินาทีและรับข้อมูลที่ความเร็วระดับกิกะบิต ซึ่งเร็วกว่า ระบบ Link 16ที่ใช้โดยเครื่องบินของสหรัฐฯ และพันธมิตรซึ่งถ่ายโอนข้อมูลได้เพียงกว่า 1 เมกะบิตต่อวินาทีมาก[ 14 ]เพื่อให้ได้อัตราการส่งข้อมูลสูงเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้เสาอากาศที่มีทิศทางสูง ซึ่ง AESA จัดหาให้ แต่จะทำให้หน่วยอื่นที่อยู่นอกรัศมีลำแสงของเสาอากาศไม่สามารถรับสัญญาณได้ ในขณะที่ Link-16 เช่นเดียวกับการออกแบบ Wi-Fi ส่วนใหญ่ จะส่งสัญญาณแบบรอบทิศทางเพื่อให้แน่ใจว่าทุกหน่วยที่อยู่ในระยะสามารถรับข้อมูลได้

นอกจากนี้ AESA ยังมีความน่าเชื่อถือมากกว่า PESA หรือการออกแบบแบบเก่าๆ มาก เนื่องจากแต่ละโมดูลทำงานอย่างอิสระจากโมดูลอื่นๆ ความล้มเหลวเพียงจุดเดียวจึงส่งผลกระทบต่อการทำงานของระบบโดยรวมน้อยมาก ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละโมดูลใช้พลังงานต่ำมาก อาจเพียง 40 ถึง 60 วัตต์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแรงดันสูงขนาดใหญ่

การเปลี่ยนอาร์เรย์ที่สแกนด้วยกลไกด้วยแท่นยึด AESA แบบคงที่ (เช่นในเครื่องบินBoeing F/A-18E/F Super Hornet ) สามารถช่วยลด พื้นที่หน้าตัดเรดาร์ (RCS) โดยรวมของเครื่องบินได้แต่บางแบบ (เช่นEurofighter TyphoonและGripen NG ) ละทิ้งข้อได้เปรียบนี้เพื่อรวมการสแกนด้วยกลไกเข้ากับการสแกนด้วยอิเล็กทรอนิกส์และให้มุมการครอบคลุมโดยรวมที่กว้างขึ้น[ 15 ] [ 16 ]การชี้ขึ้นสูงจากหัวเครื่องบินนี้ช่วยให้เครื่องบินรบที่ติดตั้ง AESA สามารถใช้ การเคลื่อนที่แบบ ตัดผ่านตัว Tซึ่งมักเรียกว่า "การฉายลำแสง" ในบริบทของการต่อสู้ทางอากาศ เพื่อต่อต้านเรดาร์ที่สแกนด้วยกลไกซึ่งจะกรองความเร็วในการเข้าใกล้ต่ำของการบินในแนวตั้งฉากออกไปเป็นสัญญาณรบกวนบนพื้นดิน ในขณะที่ AESA หมุน 40 องศาไปทางเป้าหมายเพื่อให้อยู่ในขีดจำกัดมุมเอียง 60 องศาของ AESA [ 17 ]

ข้อจำกัด

ด้วยระยะห่างครึ่งความยาวคลื่นระหว่างองค์ประกอบ มุมลำแสงสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ° ด้วยระยะห่างระหว่างองค์ประกอบที่สั้นกว่า มุมมองภาพ (FOV) สูงสุดสำหรับเสาอากาศแบบอาร์เรย์เฟสแบนในปัจจุบันคือ 120° ( °) [ 18 ]แม้ว่าจะสามารถรวมเข้ากับการควบคุมเชิงกลได้ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น[ 19 ] [ 20 ]

รายชื่อระบบที่มีอยู่

เรดาร์ AN/APG-77 AESA ของเครื่องบินF-22 Raptor
ภาพระยะใกล้ของเรดาร์Thales RBE2-AA ที่ติดตั้งบนเครื่องบิน Rafaleตั้งแต่รุ่นมาตรฐาน F3R ( OSFที่อยู่ด้านหลังไม่ใช่ส่วนหนึ่งของเรดาร์)
เครื่องบินรบHAL Tejas ที่ติดตั้ง เรดาร์Uttam AESA
เรดาร์ LIG Nex1 ESR-500A AESA

ระบบทางอากาศ

ระบบพื้นผิว (บนบก ในทะเล)

เรดาร์ AESA รุ่นแรกที่ถูกนำไปใช้ในเรือรบปฏิบัติการคือเรดาร์OPS-24 ของญี่ปุ่น ซึ่งผลิตโดยบริษัทมิตซูบิชิ อิเล็กทริก และถูกนำมาติดตั้งบนเรือ JDS Hamagiri (DD-155) ซึ่งเป็นเรือลำแรกในรุ่นหลังของเรือพิฆาตชั้นAsagiriที่ปล่อยลงน้ำในปี 1988

EL/M-2248 MF-STARบนเรือพิฆาตชั้นKolkata
เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์AN/TPQ-53
ระบบเรดาร์ระยะไกล 3DELRR
ระบบ SAMPSON AESA บนเรือพิฆาต Type 45

ดูเพิ่มเติม

บรรณานุกรม

  • เบลล์แล็บส์ (ตุลาคม 1975). การวิจัยและพัฒนา ABM ที่เบลล์แล็บส์ ประวัติโครงการ (PDF) (รายงานทางเทคนิค) สืบค้นเมื่อ 13 ธันวาคม 2014
  • แผงโซลาร์เซลล์แบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ – เทคโนโลยีที่กำลังพัฒนา (ausairpower.net)
  • FLUG REVUE ธันวาคม 1998: เทคโนโลยีเรดาร์สำหรับเครื่องบินรบสมัยใหม่ (flug-revue.rotor.com)
  • ระบบอาร์เรย์เฟสและเรดาร์ – อดีต ปัจจุบัน และอนาคต (mwjournal.com)
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Active_electronically_scanned_array&oldid=1360926482 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ

อาร์เรย์ สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอ คทีฟ ( AESA ) เป็นเสาอากาศ แบบอาร์เรย์เฟส ชนิดหนึ่งซึ่งเป็น อาร์เรย์เสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์...

ประวัติศาสตร์

ในปี 1960 Bell Labs เสนอให้เปลี่ยน เรดาร์ Nike Zeus ด้วยระบบอาร์เรย์เฟส และได้รับการอนุมัติให้พัฒนาในเดือนมิถุนายน ปี 1961 ผลลัพธ์ที่ได้คือเรดาร์อาร์เรย์มัลติฟังก์ชัน Zeus (ZMAR) ซึ่งเป็นตัวอย่างแรกๆ ของระบบเรดาร์อาร์เรย์แบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ [ 4 ]...

แนวคิดพื้นฐาน

โดยทั่วไป ระบบเรดาร์ทำงานโดยการเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับเครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่มีกำลังสูง เพื่อปล่อยสัญญาณเป็นช่วงสั้นๆ จากนั้นจะถอดเครื่องส่งสัญญาณออก และเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับเครื่องรับสัญญาณที่มีความไวสูง ซึ่งจะขยายสัญญาณสะท้อนจากวัตถุเป้าหมาย...

ข้อดี

AESA เพิ่มขีดความสามารถหลายอย่างให้กับ PESA เช่น ความสามารถในการสร้างลำแสงหลายลำพร้อมกัน การใช้กลุ่ม TRM สำหรับบทบาทต่างๆ พร้อมกัน เช่น การตรวจจับเรดาร์ และที่สำคัญกว่านั้นคือ ลำแสงและคลื่นความถี่ในการสแกนหลายความถี่พร้อมกันนั้น...