ความคล่องตัวด้านความถี่
ความคล่องตัวด้านความถี่คือความสามารถของ ระบบ เรดาร์ในการเปลี่ยนความถี่ในการทำงานอย่างรวดเร็วเพื่อชดเชยผลกระทบจากชั้นบรรยากาศการรบกวนการรบกวนซึ่งกันและกันกับแหล่งกำเนิดสัญญาณที่เป็นมิตร หรือเพื่อทำให้การระบุตำแหน่งของสถานีวิทยุที่ส่งเรดาร์ทำได้ยากขึ้นโดยใช้การหาทิศทางด้วยคลื่นวิทยุคำนี้ยังสามารถนำไปใช้ในสาขาอื่นๆ ได้ เช่นเลเซอร์หรือเครื่องรับส่งวิทยุ แบบดั้งเดิม ที่ใช้การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่แต่ยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสาขาเรดาร์ และบทบาทอื่นๆ เหล่านั้นโดยทั่วไปจะใช้คำทั่วไปว่า " การกระโดดความถี่ "
คำอธิบาย
การติดขัด
โดยทั่วไป ระบบเรดาร์ทำงานโดยการส่งคลื่นวิทยุ เป็นช่วงสั้นๆ แล้วปิดเครื่องส่งสัญญาณและฟังเสียงสะท้อนที่ส่งกลับมาจากวัตถุต่างๆ เนื่องจากการรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยการปรับแต่งอย่างระมัดระวังในส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องรับส่งสัญญาณ ดังนั้นแต่ละความถี่ในการทำงานจึงต้องใช้เครื่องรับส่งสัญญาณเฉพาะ เนื่องจากขนาดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใช้หลอดสุญญากาศที่ใช้ในการสร้างเครื่องรับส่งสัญญาณ ระบบเรดาร์ในยุคแรกๆ เช่นที่ใช้ในสงครามโลกครั้งที่สองจึงมักจำกัดการทำงานไว้ที่ความถี่เดียว การรู้ความถี่ในการทำงานนี้ทำให้ฝ่ายตรงข้ามมีอำนาจมหาศาลในการแทรกแซงการทำงานของเรดาร์หรือรวบรวมข้อมูลข่าวกรองเพิ่มเติม
ฝ่ายอังกฤษใช้ข้อมูลความถี่เกี่ยวกับเรดาร์ Würzburgที่รวบรวมได้ในปฏิบัติการ Bitingเพื่อผลิต " Window " ซึ่งเป็นแถบฟอยล์อลูมิเนียมที่ตัดให้มีความยาวครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของเรดาร์ Würzburg ทำให้เรดาร์แทบไร้ประโยชน์เมื่อติดตามเครื่องบินที่ปล่อยแผ่นฟอยล์พวกเขายังผลิตหน่วยรบกวนสัญญาณ "Carpet" และ "Shivers" ซึ่งออกอากาศสัญญาณบนความถี่ของ Würzburg ทำให้เกิดภาพที่สับสนซึ่งไร้ประโยชน์สำหรับการเล็ง[ 1 ]การคำนวณหลังสงครามประเมินว่าความพยายามเหล่านี้ลดประสิทธิภาพการรบของ Würzburg ลง 75% [ 2 ]มาตรการตอบโต้เหล่านี้บังคับให้ฝ่ายเยอรมันต้องอัปเกรดหน่วยหลายพันหน่วยในสนามรบให้ทำงานบนความถี่ที่แตกต่างกัน
การทราบความถี่ของระบบเรดาร์เวิร์ซบูร์กยังช่วยให้ฝ่ายอังกฤษสามารถระบุตำแหน่งของระบบดังกล่าวโดยใช้เครื่องหาทิศทางคลื่นวิทยุได้ ทำให้เครื่องบินสามารถเลี่ยงเรดาร์ หรืออย่างน้อยก็รักษาระยะห่างจากเรดาร์ได้มากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาสามารถค้นหาความถี่ในการใช้งานใหม่ๆ ที่ถูกนำมาใช้ โดยการเลือกตำแหน่งของสถานีที่รู้จักเมื่อสถานีเหล่านั้นหายไป และแยกสถานีเหล่านั้นออกมาเพื่อศึกษาเพิ่มเติม
คล่องตัว
ระบบเรดาร์ที่สามารถทำงานได้หลายความถี่ทำให้การใช้มาตรการตอบโต้ทำได้ยากขึ้น ตัวอย่างเช่น หากมีการพัฒนาเครื่องรบกวนสัญญาณให้ทำงานกับความถี่ที่ทราบแล้ว การเปลี่ยนความถี่ในชุดอุปกรณ์ภาคสนามบางชุดจะทำให้เครื่องรบกวนสัญญาณนั้นใช้การไม่ได้ผลกับอุปกรณ์เหล่านั้น เพื่อแก้ปัญหานี้ เครื่องรบกวนสัญญาณจะต้องรับฟังทั้งสองความถี่ และส่งสัญญาณออกไปในความถี่ที่เรดาร์นั้นกำลังใช้งานอยู่
เพื่อทำให้ความพยายามเหล่านี้ล้มเหลวยิ่งขึ้น เรดาร์สามารถสลับระหว่างความถี่ทั้งสองได้อย่างรวดเร็ว ไม่ว่าเครื่องรบกวนจะตอบสนองเร็วแค่ไหน ก็จะมีช่วงเวลาหน่วงก่อนที่จะสามารถสลับและออกอากาศบนความถี่ที่ใช้งานอยู่ ในช่วงเวลานี้ เครื่องบินจะไม่ถูกบดบัง ทำให้สามารถตรวจจับได้[ 3 ]ในรูปแบบสุดท้าย พัลส์เรดาร์แต่ละพัลส์จะถูกส่งออกไปบนความถี่ที่แตกต่างกัน ดังนั้นการรบกวนความถี่เดียวจึงแทบเป็นไปไม่ได้ ในกรณีนี้ เครื่องรบกวนถูกบังคับให้ออกอากาศบนทุกความถี่ที่เป็นไปได้ในเวลาเดียวกัน ซึ่งลดเอาต์พุตบนช่องสัญญาณใดช่องหนึ่งลงอย่างมาก ด้วยความถี่ที่เป็นไปได้ที่หลากหลาย การรบกวนจึงอาจไร้ผลโดยสิ้นเชิง[ 3 ]
นอกจากนี้ การมีคลื่นความถี่ที่หลากหลายยังทำให้ ELINT ยากขึ้นมาก หากใช้เพียงคลื่นความถี่บางส่วนในการปฏิบัติงานปกติ ฝ่ายตรงข้ามจะขาดข้อมูลเกี่ยวกับคลื่นความถี่ที่อาจใช้ในสถานการณ์สงคราม นี่คือแนวคิดเบื้องหลัง เรดาร์ AMES Type 85 ใน เครือข่าย Linesman/Mediatorในสหราชอาณาจักรเรดาร์ Type 85 มีไคลสตรอน 12 ตัวที่สามารถผสมกันเพื่อสร้างคลื่นความถี่เอาต์พุตได้ 60 คลื่นความถี่ แต่ในยามสงบจะใช้ไคลสตรอนเพียง 4 ตัวเท่านั้น เพื่อไม่ให้สหภาพโซเวียต ได้ รับข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับสัญญาณที่จะใช้ในระหว่างสงคราม[ 4 ]
การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
หนึ่งในเหตุผลหลักที่เรดาร์รุ่นแรกๆ ไม่ได้ใช้ความถี่มากกว่าหนึ่งความถี่ก็คือ ขนาดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบหลอดสุญญากาศ เมื่อขนาดของอุปกรณ์ลดลงเนื่องจากการพัฒนากระบวนการผลิต แม้แต่ระบบรุ่นแรกๆ ก็ได้รับการพัฒนาให้รองรับความถี่ได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วความถี่เหล่านั้นไม่สามารถสลับได้ทันทีผ่านตัวอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เอง แต่ต้องควบคุมด้วยตนเอง ทำให้ไม่คล่องตัวในแบบสมัยใหม่
การปรับความถี่ด้วย "กำลังดิบ" เช่นเดียวกับที่ใช้ในเรดาร์ Linesman นั้นพบได้ทั่วไปในเรดาร์เตือนภัยล่วงหน้า ขนาดใหญ่ แต่พบได้น้อยในหน่วยขนาดเล็กกว่า เนื่องจากขนาดของไคลสตรอนยังคงเป็นปัญหา ในช่วงทศวรรษ 1960 ชิ้น ส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แบบโซลิดสเตทช่วยลดขนาดของเครื่องรับลงอย่างมาก ทำให้สามารถติดตั้งเครื่องรับแบบโซลิดสเตทหลายเครื่องในพื้นที่ที่เคยใช้โดยระบบแบบใช้หลอดสุญญากาศเพียงเครื่องเดียว พื้นที่นี้สามารถใช้สำหรับเครื่องส่งสัญญาณเพิ่มเติมและให้ความคล่องตัวแม้ในหน่วยขนาดเล็กกว่า
เรดาร์ แบบอาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA) ซึ่งเริ่มใช้ในทศวรรษ 1960 ใช้แหล่งกำเนิดไมโครเวฟเพียงแหล่งเดียวและชุดหน่วงเวลาเพื่อขับเคลื่อนองค์ประกอบเสาอากาศจำนวนมาก (อาร์เรย์) และควบคุมทิศทางลำแสงเรดาร์ทางอิเล็กทรอนิกส์โดยการเปลี่ยนเวลาหน่วงเล็กน้อย การพัฒนาเครื่องขยายสัญญาณไมโครเวฟแบบโซลิดสเตท เช่นJFETและMESFETทำให้สามารถแทนที่ไคลสตรอนตัวเดียวด้วยเครื่องขยายสัญญาณแยกหลายตัว โดยแต่ละตัวขับเคลื่อนส่วนย่อยของอาร์เรย์ แต่ยังคงผลิตกำลังไฟฟ้ารวมเท่าเดิม เครื่องขยายสัญญาณแบบโซลิดสเตทสามารถทำงานได้ในช่วงความถี่ที่กว้างกว่าไคลสตรอน ดังนั้น PESA แบบโซลิดสเตทจึงมีความยืดหยุ่นด้านความถี่มากกว่าและทนทานต่อการรบกวนได้ดีกว่ามาก
การนำอาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ (AESA) มาใช้ทำให้กระบวนการนี้พัฒนาขึ้นไปอีกขั้น ใน PESA สัญญาณที่ออกอากาศเป็นความถี่เดียว แม้ว่าความถี่นั้นจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายจากพัลส์หนึ่งไปยังอีกพัลส์หนึ่ง ใน AESA แต่ละองค์ประกอบจะถูกขับเคลื่อนด้วยความถี่ที่แตกต่างกัน (หรืออย่างน้อยก็ความถี่ที่หลากหลาย) แม้แต่ภายในพัลส์เดียว ดังนั้นจึงไม่มีสัญญาณกำลังสูงที่ความถี่ใดความถี่หนึ่ง หน่วยเรดาร์รู้ว่าความถี่ใดที่ออกอากาศ และจะขยายและรวมเฉพาะสัญญาณที่ส่งกลับมาเท่านั้น จึงสร้างเสียงสะท้อนที่ทรงพลังเพียงเสียงเดียวเมื่อรับสัญญาณ[ 3 ]ฝ่ายตรงข้ามที่ไม่ทราบว่าความถี่ใดทำงานอยู่ จะไม่มีสัญญาณให้เห็น ทำให้การตรวจจับบนเครื่องรับเตือนภัยเรดาร์ทำได้ยากมาก
เรดาร์สมัยใหม่ เช่นAN/APG-81ของF-35ใช้โมดูลส่ง/รับสัญญาณหลายพันโมดูล โดยแต่ละโมดูลใช้สำหรับองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละอัน[ 5 ]
ข้อดีอื่นๆ
เหตุผลที่ สามารถใช้ โทรศัพท์มือถือ หลายเครื่อง พร้อมกันในสถานที่เดียวกันได้นั้น เป็นเพราะการใช้การกระโดดความถี่เมื่อผู้ใช้ต้องการโทรออก โทรศัพท์มือถือจะใช้กระบวนการเจรจาเพื่อค้นหาความถี่ที่ว่างอยู่ท่ามกลางความถี่จำนวนมากที่มีอยู่ในพื้นที่ปฏิบัติการ ซึ่งทำให้ผู้ใช้สามารถเข้าร่วมและออกจากเสาสัญญาณเฉพาะได้ทันที โดยความถี่ของพวกเขาจะถูกปล่อยให้ผู้ใช้รายอื่นใช้[ 6 ]
เรดาร์ที่สามารถปรับความถี่ได้นั้นให้ข้อดีเช่นเดียวกัน ในกรณีที่มีเครื่องบินหลายลำปฏิบัติการอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน เรดาร์สามารถเลือกความถี่ที่ไม่ถูกใช้งานเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายเหมือนกรณีของโทรศัพท์มือถือ เพราะในอุดมคติแล้ว เรดาร์ควรเปลี่ยนความถี่ในการทำงานทุกครั้งที่มีพัลส์ อัลกอริทึมสำหรับการเลือกชุดความถี่สำหรับพัลส์ถัดไปไม่สามารถสุ่มได้อย่างแท้จริงหากต้องการหลีกเลี่ยงการรบกวนกับระบบที่คล้ายคลึงกันทั้งหมด แต่ระบบที่ไม่สุ่มอย่างแท้จริงนั้นก็สามารถใช้ระเบียบ วิธี ELINTในการกำหนดรูปแบบได้
อีกเหตุผลหนึ่งสำหรับการเพิ่มความสามารถในการปรับเปลี่ยนความถี่นั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับการใช้งานทางทหารแต่ อย่างใด เรดาร์ตรวจอากาศมักมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนความถี่อย่างจำกัด เพื่อให้สามารถสะท้อนแสงจากฝนได้อย่างมีประสิทธิภาพ หรือในทางกลับกัน เพื่อมองทะลุผ่านฝนได้ การสลับความถี่ไปมาจะช่วยสร้างภาพรวมของสภาพอากาศได้