ΣΧΟΛΗ ΙΟΙΚΗΣΗΣ & ΕΠΙΤΕΛΩΝ

Transcript

1 i Α ΙΑΒΑΘΜΗΤΗ ΣΧΟΛΗ ΙΟΙΚΗΣΗΣ & ΕΠΙΤΕΛΩΝ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΜΕΛΕΤΩΝ ΘΕΜΑ: «ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ RADAR Α/Φ ΤΥΠΟΥ AESA (ACTIVE ELECTRONICALLY SCANNED ARRAY)» ΕΠΓΟΣ (ΜΗ) ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΖΗΚΙ ΗΣ εκέλεια, Ιούλιος 2010

2 ii Αποποίηση ευθυνών Αυτή η εργασία συντάχθηκε από σπουδαστή της Σχολής ιοίκησης & Επιτελών της Πολεµικής Αεροπορίας. Η εργασία δεν έχει µεταβληθεί ή διορθωθεί, καθώς αποτελεί αντικείµενο της αξιολόγησης του σπουδαστή και συνεπώς δύναται να περιέχει λάθη ή παραλείψεις. Οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτή τη µελέτη πραγµατεία ανήκουν στο συγγραφέα και δεν αντανακλούν τις επίσηµες θέσεις της Πολεµικής Αεροπορίας ή του Υπουργείου Εθνικής Άµυνας. Αυτή η εργασία ανήκει στο συγγραφέα και στην Πολεµική Αεροπορία.

3 iii ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αν και οι πρώτες διατάξεις εντοπισµού µε τη βοήθεια ραδιοκυµάτων εµφανίστηκαν κατά τις αρχές του 20ου αιώνα, τα συστήµατα ραντάρ (RADAR) ξεκίνησαν να αναπτύσσονται λίγο πριν από τον 2ο παγκόσµιο πόλεµο, από πολλές χώρες ανεξάρτητα. Πρώτη σηµαντική εφαρµογή ήταν το δίκτυο ραντάρ επιτήρησης. Κατά την διάρκεια του 2ου παγκοσµίου πολέµου, εµφανίστηκαν τα πρώτα ραντάρ αεροσκαφών (Α/Φ). Η ανάπτυξη των ραντάρ συνεχίστηκε µε ταχείς ρυθµούς καθ' όλη τη διάρκεια του ψυχρού πολέµου, ενώ σήµερα το ραντάρ θεωρείται αδιαµφισβήτητα ένα από τα σηµαντικότερα ηλεκτρονικά συστήµατα ενός µαχητικού Α/Φ. Παρά την τεράστια πρόοδο που έχει επιτευχθεί, µέχρι και λίγα χρόνια πριν το σύνολο των ραντάρ Α/Φ βασιζόταν στην ίδια αρχή λειτουργίας: µία λυχνία ισχύος ενίσχυε ένα παλµικό σήµα, που µεταφερόταν µέσω κυµατοδηγών προς µία κεραία, η οποία κινούταν µε τη βοήθεια σερβοµηχανισµών, κατευθύνοντας µε τον τρόπο αυτό µία στενή δέσµη εκποµπής. Αν και οι επιδόσεις των ραντάρ Α/Φ µε κεραία µηχανικής σάρωσης έχουν πλέον αγγίξει υψηλότατα επίπεδα, ορισµένα βασικά προβλήµατα παραµένουν ανυπέρβλητα, όπως π.χ., η περιορισµένη ταχύτητα κίνησης της κεραίας, η ύπαρξη µίας µόνο δέσµης, η περιορισµένη απολαβή και οι πλευρικοί λοβοί, η αυξηµένη πιθανότητα υποκλοπής από τα συστήµατα αυτοπροστασίας του αντιπάλου, ενώ θα πρέπει να αναφερθεί το σηµαντικό κόστος συντήρησης και η περιορισµένη αξιοπιστία, λόγω της λυχνίας και των πολλών κινούµενων µηχανικών µερών. Η πρώτη σηµαντική βελτίωση έγινε κατά τα τέλη της δεκαετίας του 70, όπου άρχισαν να αναπτύσσονται τα πρώτα ραντάρ Α/Φ ηλεκτρονικής σάρωσης. Η ανάπτυξη της µικροηλεκτρονικής και των ηλεκτρονικών υπολογιστών επέτρεψαν την εφαρµογή στα Α/Φ της τεχνολογίας διάταξης φάσης που είχε αναπτυχθεί στα ραντάρ εδάφους και πλοίων. Κατά τις αρχές της δεκαετίας του '80, έκαναν την εµφάνισή τους τα πρώτα Α/Φ µε ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης, στα οποία η κεραία αποτελείται από µία διάταξη στοιχειωδών κεραιών. Το σήµα εξόδου συνεχίζει να παράγεται από έναν ποµπό που περιλαµβάνει µία λυχνία ισχύος αλλά η κατεύθυνση της δέσµης ελέγχεται ηλεκτρονικά (ενώ η κεραία παραµένει ακίνητη),

4 iv ρυθµίζοντας τις φάσεις εκποµπής των στοιχειωδών κεραιών. εδοµένου ότι η κεραία ελέγχει µόνο την κατεύθυνση της δέσµης εκποµπής, ενώ το σήµα ισχύος παράγεται στον ποµπό, τα συστήµατα αυτά ονοµάζονται ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (Passive Electronically Scanned Array PESA). Κύρια πλεονεκτήµατα της υπόψη τεχνολογίας είναι η δυνατότητα στιγµιαίας µεταβολής της κατεύθυνσης της δέσµης, η δυνατότητα παράλληλων λειτουργιών, η µεγαλύτερη απολαβή κεραίας µε λιγότερους πλευρικούς λοβούς, η µείωση της υπογραφής ραντάρ του φέροντος Α/Φ, η αυξηµένη αντοχή σε παρεµβολή, καθώς και η µεγάλη αύξηση της αξιοπιστίας. Αν και το πρώτο Α/Φ µε ραντάρ PESA ήταν το AN/APQ-164 του αµερικανικού βοµβαρδιστικού B-1B Lancer, το πρώτο ραντάρ του τύπου αυτού που εισήλθε σε ενεργό υπηρεσία ήταν το Zaslon (ή κατά ΝΑΤΟ Flash Dance) του ρωσικού µαχητικού MIG-31, στις αρχές της δεκαετίας του '80, το οποίο ίσως ήταν το καλύτερο ραντάρ της εποχής του. Είκοσι χρόνια αργότερα, το 2000, ξεκίνησαν οι δοκιµές του πρώτου ραντάρ ενεργητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (Active Electronically Scanned Array AESA), AN/APG-63(V)2, επί Α/Φ F-15C. Το ραντάρ αυτό αποτελείται από έναν µεγάλο αριθµό (άνω των 1000) στοιχείων, το καθένα εκ των οποίων εκτελεί λειτουργία εκποµπής και λήψης. Πλέον, δεν υπάρχει ένας κεντρικός ποµπός: το σήµα εκποµπής παράγεται από το άθροισµα των επιµέρους εκποµπών από κάθε στοιχείο εκποµπής / λήψης, ενώ ελέγχοντας τη φάση εκποµπής των στοιχείων, ρυθµίζεται η κατεύθυνση της δέσµης εκποµπής. Για να καταστεί δυνατή η κατασκευή ενός ραντάρ Α/Φ AESA, προηγήθηκαν δεκαετίες σηµαντικών επενδύσεων, κυρίως στις ΗΠΑ, για την κατασκευή κατάλληλων ηµιαγωγών για σήµατα υψηλών συχνοτήτων. Αν και πολύ πιο περίπλοκα από τα ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης, µε µεγαλύτερες απαιτήσεις ισχύος και απαγωγής θερµότητας, καθώς και µε µεγαλύτερο κόστος, τα ραντάρ αυτά προσφέρουν µοναδικά πλεονεκτήµατα, αλλάζοντας εντελώς το τοπίο στα ραντάρ Α/Φ. Ενδεικτικά αναφέρονται οι µεγαλύτερες αποστάσεις αποκάλυψης / παρακολούθησης, η δυνατότητα πολλαπλών δεσµών εκποµπής και λειτουργιών, η ακόµα µεγαλύτερη ικανότητα χαµηλής πιθανότητας υποκλοπής (Low Probability of Interception LPI), η εκποµπή σε ευρύτερη µπάντα συχνοτήτων, η παθητική λειτουργία (ως δέκτης) και

5 v η εξαιρετική αξιοπιστία. Πέραν τούτων, ορισµένα ραντάρ AESA έχουν δυνατότητα µετάδοσης δεδοµένων µε υψηλότατους ρυθµούς διαµεταγωγής προς άλλα ραντάρ ή προς σταθµό εδάφους, δηµιουργώντας ένα δίκτυο επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας, ή έχουν δυνατότητα ηλεκτρονικής επίθεσης, όπου το ραντάρ συγκεντρώνει την ισχύ εκποµπής του εναντίον ενός εχθρικού ραντάρ, δρώντας ως ένας ισχυρός, κατευθυντικός παρεµβολέας. Τέλος, αναφέρεται και η δυνατότητα αναβάθµισης ενός ραντάρ AESA, µέσω αναβάθµισης µόνο του λογισµικού. Όλα τα σύγχρονα Α/Φ φέρουν ή πρόκειται να αποκτήσουν ραντάρ AESA. Ενδεικτικά αναφέρονται τα ακόλουθα, τα οποία βρίσκονται σε ανάπτυξη ή σε παραγωγή: APG-79 (F/A-18E/F), APG-81 (F-35), APG-80 (F-16 Block 60), ενώ σηµείο αναφοράς αποτελεί το APG-77(V)1 του F-22A. Οι ΗΠΑ προηγούνται, καθώς τα µόνα ραντάρ AESA σε παραγωγή είναι αµερικανικά. Παρ' όλ' αυτά, το ραντάρ Α/Φ µε τη µεγαλύτερη εµβέλεια σήµερα είναι ένα ρωσικό PESA: είναι το (υπό ανάπτυξη) Ν035 Irbis-E (ή Snow Leopard), για τη νέα έκδοση του Α/Φ Su- 35ΒΜ. Επίσης, ενδιαφέρον παρουσιάζει η πιθανή εξέλιξη του νέου ρωσικού µαχητικού PAK-FA, καθώς και άλλων ρωσικών ραντάρ AESA. Παράλληλα, η Ευρώπη διαθέτει ραντάρ AESA, τα οποία βρίσκονται σε προχωρηµένα στάδια ανάπτυξης πιστοποίησης, π.χ., τα RBE2-AA (Rafale), CAPTOR-E (Eurofighter), Vixen 1000ES (Gripen NG), ενώ ραντάρ AESA αναπτύσσει και το Ισραήλ. Παρατηρείται παγκοσµίως µία µεγάλη προσπάθεια ανάπτυξης / βελτίωσης ραντάρ AESA, καθώς έχει διαπιστωθεί ότι οι δυνατότητες που προσφέρει είναι ιδιαίτερα σηµαντικές, ενώ η ύπαρξη ενός τέτοιου ραντάρ θεωρείται πλέον προαπαιτούµενο για οποιαδήποτε προσπάθεια εξαγωγής ενός Α/Φ. Επιπρόσθετα, προσφέρονται ραντάρ Α/Φ AESA στο πλαίσιο αναβάθµισης υφιστάµενων Α/Φ. Η ανάπτυξη των ραντάρ έχει πλέον επικεντρωθεί στα υπόψη ραντάρ και ως εκ τούτου εκτιµάται ότι το µέλλον των ραντάρ Α/Φ ανήκει στην τεχνολογία AESA.

6 ΗΜ/ΝΙΑ ΤΟΠΟΣ ΓΕΝΝΗΣΗΣ: ΣΠΟΥ ΕΣ: ΣΧΟΛΕΙΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ: vi ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ 31/03/72, Λονδίνο, Μεγάλη Βρετανία : Σχολή Ικάρων, Τµήµα Μηχανικών, Ειδικότητα Τηλεπικοινωνιών Ηλεκτρονικών : Ε.Μ.Π., πρόγραµµα µεταπτυχιακών σπουδών (Σχολή Ηλεκ/γων Μηχ. & Μηχ. Υπολ/στών Τοµέας Σηµάτων, Ελέγχου & Ροµποτικής) 2002: Υποβολή διδακτορικής διατριβής µε τίτλο «Νέες τεχνικές νευρωνικής µάθησης και νευροασαφούς συλλογιστικής: εφαρµογή στη ροµποτική και τον αυτόµατο έλεγχο», απόκτηση διπλώµατος ιδάκτορος Ε.Μ.Π. 1994: Σχολείο Ηλεκτρονικού Πολέµου / ΑΤΑ 2000: Σχολή Προγραµµατιστών Η/Υ / ΓΕΣ ΞΕΝΕΣ ΓΛΩΣΣΕΣ: Αγγλικά: Πολύ καλά (Proficiency, University of Cambridge) Γαλλικά: Καλά ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΕΙΣ: : 114 ΠΜ (332 ΜΠΚ, 342 ΜΠΚ, ΜΣΒ, ΤΠΕ) : ΓΕΑ/Γ : Παρίσι, ως σύνδεσµος της ΠΑ µε την εταιρεία Dassault Aviation, για το πρόγραµµα Α/Φ Μ : ΑΥ/Γ1 ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙ- ΚΗ ΕΜΠΕΙΡΙΑ: ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΒΙΒΛΙΑ ΠΕΡΙΟ ΙΚΑ: : Εκπαίδευση συµµετοχή στις δοκιµές πιστοποίησης του ΑΜ-39 Exocet σε Α/Φ Μ2000, στη Γαλλία : Συµµετοχή στο πρόγραµµα αξιολόγησης Ραντάρ RDY-2 και Συστήµατος Αυτοπροστασίας ICMS Mk3 Α/Φ Μ (µέλος του In Flight Evaluation Programme Group) 1. K.C. Zikidis and S.G. Tzafestas, Adaptive neuro-fuzzy modeling applied to policy gradient reinforcement learning, HERMIS Int. Journal, vol.3, Mar.03, pp S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, NeuroFAST: On-line Neuro-Fuzzy ART-based structure and parameter learning TSK model, IEEE Trans. on Syst., Man, and Cybern, vol. 31, no. 5, pp , October S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, An on-line selfconstructing fuzzy modeling architecture based on neural and fuzzy concepts and techniques, in S.G. Tzafestas, ed., Soft Computing in Systems and Control Technology, pp , Singapore: World Scientific, K. C. Zikidis, A. V. Vasilakos, A.S.A.F.E.S.2: A novel, neuro-fuzzy architecture for fuzzy computing, based on functional reasoning, Fuzzy Sets and Systems, vol. 83, pp , 1996.

7 vii ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΣΥΝΕ ΡΙΑ: 1. S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, High Accuracy Neuro Fuzzy Modeling, 2002 IEEE Int. Conf. on Artificial Intelligence Systems (IEEE ICAIS 02), Divnomorskoe, Russia, September K. C. Zikidis and S. G. Tzafestas, Adaptive neuro-fuzzy modeling applied to policy gradient reinforcement learning, 5th Hellenic European Conference on Computer Mathematics & its Applications (HERCMA 01), Athens, Greece, September S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, Mobile Robot Localisation Using Ultrasonic Sensor Signatures and Fuzzy ARTMAP Clustering, Computer Vision and Mobile Robotics Workshop (CVMR 98), Santorini, Greece, September S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, Mobile robot localisation using ultrasonic sensor signatures and fuzzy ARTMAP clustering, 2nd Mobinet Symp. 6th Int. Symp. on Intelligent Robotic Systems (SIRS 98), Edinburgh, Scotland, UK, S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, An new on-line structure and parameter learning architecture for fuzzy modeling, based on neural and fuzzy techniques, 11th Int. Conference on Industrial & Engineering Applications of Artificial Intelligence & Expert Systems (IEA-98-AIE), Castellon, Spain, S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, A three-level neurofuzzy autonomous robot navigation system, European Control Conf. (ECC 97), Brussels, Belgium, July S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, Complete mobilerobot navigation via neural and neurofuzzy control, 1st MOBINET Symp., pp , Athens, Greece, May S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, An on-line learning, neuro-fuzzy architecture, based on functional reasoning and fuzzy ARTMAP, ICSC Int. Symp. on Fuzzy Logic and Applications (ISFL 97), Zurich, Switzerland, S. G. Tzafestas and K. C. Zikidis, A mobile robot guidance system based on three neural network modules, 2nd ECPD Conf. on Adv. Robotics, Intell. Autom. and Active Systems, Vienna, Austria, S. Tzafestas, K. C. Zikidis, G. S. Stamou, A reinforcement learning fuzzy logic controller for the mobile robot local path finding problem, Int. Symp. on Soft Computing (SOCO 96), Reading, UK, A. V. Vasilakos, K. C. Zikidis, A.S.A.F.E.S.2: A novel, neuro-fuzzy architecture for fuzzy computing, based on

8 viii ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΣΕ ΙΕΘΝΗ ΣΥΝΕ ΡΙΑ: ΕΜΠΕΙΡΙΑ Ι ΑΣΚΑΛΙΑΣ: functional reasoning, EUFIT'95, Aachen, August A. V. Vasilakos, K. C. Zikidis, A.S.A.F.E.S.2: A novel, neuro-fuzzy architecture for fuzzy computing, based on functional reasoning, 4th IEEE Int. Conf. on Fuzzy Systems (FUZZ-IEEE/IFES '95), pp , Yokohama, Japan A. V. Vasilakos, K. C. Zikidis: A.S.A.F.ES.2: a reinforcement neuro-fuzzy architecture for fuzzy computing, based on functional reasoning, 5th Hellenic Conference on Informatics, Athens, Greece, December Αθ. Β. Βασιλάκος, N. H. Λουκάς και K. Χ. Ζηκίδης: A.N.A.S.A. II. Μία νέα αρχιτεκτονική για νευρωνική µονάδα / νευρωνικό δίκτυο, 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Πληροφορικής, σελ , Πάτρα, εκέµβριος A. V. Vasilakos, K. C. Zikidis, A.S.A.F.ES.: Adaptive Stochastic Algorithm for Fuzzy computing / function EStimation, 3rd IEEE Int. Conf. on Fuzzy Systems (FUZZ-IEEE '94), pp , Orlando, Florida, USA A. V. Vasilakos, N. H. Loukas and K. C. Zikidis, A.N.A.S.A. II : A novel, real-valued, reinforcement algorithm for neural unit / network, in proc. of Int. Joint Conf. on Neural Networks (IJCNN '93), pp , Nagoya, Japan, th Hellenic European Conference on Computer Mathematics & its Applications (HERCMA 2001), Athens, Greece EURISCON '98 - SOFTCOM '98, Athens, Greece, th Int. Conference on Industrial & Engineering Applications of Artificial Intelligence & Expert Systems (IEA-98-AIE), Castellon, Spain, European Control Conference (ECC 97), Brussels, Belgium, st MOBINET Symposium, Athens, Greece, Int. Symposium on Intelligent Industrial Automation and Soft Computing (SOCO 96), Reading, UK, IEEE World Congress on Computational Intelligence (FUZZ-IEEE '94), Orlando, Florida, USA, Οκτ. 08 Φεβ. 09, Οκτ. 09 Φεβ. 10: ιδασκαλία µαθήµατος Ηλεκτρονικά Συστήµατα Α/Φ (Avionics) σε Ικάρους IV ειδικότητας Μηχανικού Α/Φ

9 ix ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΩΝ iii vi ix xi ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΡΑΝΤΑΡ Τα πρώτα βήµατα εφεύρεση του ραντάρ 2ος παγκ. πόλεµος Οι εξελίξεις από τον ψυχρό πόλεµο έως σήµερα Τυπικές επιδόσεις ενός σύγχρονου ραντάρ Α/Φ µε κεραία µηχανικής σάρωσης 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΡΑΝΤΑΡ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ Αρχές λειτουργίας τα πρώτα ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης Στοιχεία θεωρίας ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα των ραντάρ ESA 10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - ΡΑΝΤΑΡ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΗΛΕΚ/ΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ (PESA) Αρχές λειτουργίας ραντάρ PESA Ραντάρ AN/MPQ-65 συστήµατος Patriot PAC Ραντάρ AN/SPY-1 συστήµατος µάχης Aegis Ραντάρ Zaslon (Flash Dance) Α/Φ MIG Ραντάρ RBE2 Α/Φ Rafale Ραντάρ Ν035 Irbis-E (Snow Leopard) του Α/Φ Su-35ΒΜ 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΡΑΝΤΑΡ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ (AESA) Αρχές λειτουργίας ραντάρ AESA Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα ραντάρ AESA Ραντάρ AESA Α/Φ έγκαιρης προειδοποίησης 21

10 x 4.4. Raytheon AN/APG-63(V)2 και AN/APG-63(V)3 Α/Φ F-15C (ΗΠΑ) Raytheon AN/APG-82(V)1 Α/Φ F-15E (ΗΠΑ) Raytheon AN/APG-79 Α/Φ F/A-18E/F Super Hornet (ΗΠΑ) Raytheon Advanced Combat Radar RACR Α/Φ F-16 (ΗΠΑ) Raytheon AN/APQ-181 Α/Φ B-2A Spirit (ΗΠΑ) Ραντάρ AN/APG-77 Α/Φ F-22Α Raptor (ΗΠΑ) Ραντάρ AN/APG-81 Α/Φ F-35 Lightning II (ΗΠΑ) Ραντάρ AN/APG-80 Α/Φ F-16 (ΗΠΑ) Ραντάρ SABR (Scalable Agile Beam Radar) Α/Φ F-16 (ΗΠΑ) Ραντάρ Phazotron Zhuk-AE/ASE (Ρωσία) Ραντάρ Tikhomirov NIIP AESA Α/Φ Sukhoi PAK-FA (Ρωσία) Ραντάρ Tikhomirov NIIP AESA L-Band Α/Φ Su-35 (Ρωσία) Ραντάρ AMSAR του γκρουπ GTDAR (Ευρώπη) Ραντάρ RBE2-AA Α/Φ Rafale (Γαλλία) Ραντάρ CAPTOR-E Α/Φ Eurofighter Typhoon (Γερµανία Μεγ. Βρετανία Ισπανία Ιταλία) Υπόλοιπα προγράµµατα ραντάρ AESA Α/Φ 39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΡΑΝΤΑΡ Α/Φ AESA ΕΝ ΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ ΠΑ Εκτίµηση αποστάσεων παρακολούθησης ραντάρ AESA Αντιµετώπιση Α/Φ Stealth Αναβάθµιση υφιστάµενων ραντάρ µε ραντάρ AESA 44 ΕΠΙΛΟΓΟΣ 46 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 47 Βιβλία 47 ιαδίκτυο 47 Άρθρα σε περιοδικά επίσηµες ανακοινώσεις εταιρειών 49 Λοιπές βιβλιογραφικές αναφορές 52

11 xi ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΩΝ AESA: CW: ESA: ISAR: LNA: LPI: MMIC: NCTR: ΝΜ: PESA: RACR: RCS: RWR: SABR: SAR: TRM: TWS: TWT: Active Electronically Scanned Array Continuous Wave Electronically Scanned Array Inverse Synthetic Aperture radar Low Noise Amplifier Low Probability of Interception Monolithic microwave integrated circuit Non-Cooperative Target Recognition Nautical Mile, ισούται µε m Passive Electronically Steered Array Raytheon Advanced Combat Radar Radar Cross Section Radar Warning Receiver Scalable Agile Beam Radar (Northrop Grumman) Synthetic Aperture Radar Transmit / Receive Module Track While Scan Travelling Wave Tube

12 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ραντάρ αποτέλεσε µία από τις σηµαντικότερες εφευρέσεις του 20ου αιώνα. Κατ' αρχάς, άλλαξε τον τρόπο διεξαγωγής του πολέµου, στην ξηρά αλλά κυρίως στην θάλασσα και στον αέρα, καθότι επέτρεψε την ανίχνευση και παρακολούθηση των µέσων του αντιπάλου σε πολύ µεγαλύτερη απόσταση από ό,τι επέτρεπαν οι παραδοσιακές µέθοδοι. Πέραν τούτου, τα συστήµατα ραντάρ βρήκαν εφαρµογές στην αστρονοµία, στην µετεωρολογία, στον έλεγχο εναέριας κυκλοφορίας, στην ναυτιλία Α/Φ και πλοίων, στην ασφάλεια και τη διατήρηση της τάξεως κλπ. Επιπρόσθετα, η έρευνα και ανάπτυξη των συστηµάτων ραντάρ ώθησε την ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιών και των υπολογιστών. Τέλος, είχε εφαρµογή ακόµα και στην κουζίνα, καθότι ο φούρνος µικροκυµάτων βασίζεται στην λυχνία Magnetron, την κλασσική λυχνία µικροκυµατικής εκποµπής υψηλής ισχύος. Τα ραντάρ Α/Φ εµφανίζουν µία συνεχή βελτίωση από τον 2ο παγκόσµιο πόλεµο. Η πιο σηµαντική ίσως εξέλιξη από τη δεκαετία του '70 ήταν η χρήση της τεχνολογίας ηλεκτρονικής σάρωσης, όπου η κατεύθυνση της δέσµης εκποµπής ελέγχεται ηλεκτρονικά, ενώ η κεραία παραµένει ακίνητη. Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει την στιγµιαία µετατόπιση της δέσµης, τη δυνατότητα παράλληλων λειτουργιών αλλά και πολλές άλλες δυνατότητες. Η τεχνολογία ηλεκτρονικής σάρωσης διακρίνεται σε παθητική και ενεργητική, ανάλογα µε το εάν η ισχύς εκποµπής παράγεται από έναν κεντρικό ποµπό ή στα στοιχεία της κεραίας. Στην παρούσα πραγµατεία, µετά από µία ιστορική αναδροµή στην ανάπτυξη των συστηµάτων ραντάρ, θα παρατεθούν ορισµένα στοιχεία της θεωρίας ηλεκτρονικής σάρωσης και θα αναφερθούν τα πλεονεκτήµατα της τεχνολογίας αυτής σε σχέση µε τη χρήση κεραίας µηχανικής σάρωσης. Θα ακολουθήσουν ενδεικτικά παραδείγµατα ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης. Στη συνέχεια, θα αναλυθεί η λειτουργία των ραντάρ ενεργητικής ηλεκτρονικής σάρωσης και θα αναφερθούν τα πλεονεκτήµατά τους, ενώ θα παρασχεθούν πληροφορίες για το σύνολο των ραντάρ Α/Φ AESA που βρίσκονται στην παρούσα φάση σε υπηρεσία ή σε ανάπτυξη. Τέλος, θα επιχειρηθεί µία σύγκριση ορισµένων ραντάρ που εκτιµάται ότι είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος της ΠΑ, µε σκοπό την εξαγωγή χρήσιµων συµπερασµάτων.

13 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΡΑΝΤΑΡ 1.1. Τα πρώτα βήµατα εφεύρεση του ραντάρ 2ος παγκ. πόλεµος Αν και οι πρώτες δοκιµές χρήσης ραδιοκυµάτων για αναζήτηση πλοίων αναφέρονται πριν τον 1ο παγκόσµιο πόλεµο, τα συστήµατα ραντάρ άρχισαν να αναπτύσσονται στη δεκαετία του 1930 από πολλές χώρες ανεξάρτητα και µε µεγάλη µυστικότητα. Ως εκ τούτου, υπάρχουν διαφορετικές απόψεις για το ποιο ήταν το πρώτο σύστηµα ραντάρ. Η ανάπτυξη επιταχύνθηκε λίγο πριν τον 2ο παγκόσµιο πόλεµο και συνεχίστηκε καθ' όλη την διάρκεια του ψυχρού πολέµου, ενώ συνεχίζεται και σήµερα, όπου πλέον τα ραντάρ έχουν σηµαντικότατη συνεισφορά στην ασφάλεια και σε ειρηνικές εφαρµογές. Η αρχή έγινε µε τη διατύπωση της κλασσικής ηλεκτροµαγνητικής (Η/Μ) θεωρίας από τον Σκωτσέζο James Clerk Maxwell ( ). Ο Γερµανός φυσικός Heinrich Hertz ( ) ήταν ο πρώτος που πραγµατοποίησε πειράµατα µε τη διάδοση και την επιστροφή των ραδιοκυµάτων [1]. Εικόνα 1: Το Telemobiloskop του Christian Huelsmeyer [2] Το 1904, ο Γερµανός Christian Huelsmeyer ( ) πραγµατοποίησε δηµόσιες επιδείξεις χρήσης της επιστροφής των ραδιοκυµάτων, µε σκοπό την αποφυγή σύγκρουσης µεταξύ πλοίων. Η συσκευή του Huelsmeyer, η οποία µπορούσε να ανιχνεύσει την ύπαρξη πλοίων σε απόσταση έως 3 χλµ, πατενταρίστηκε µε το όνοµα Telemobiloskop (βλ. Εικ. 1). Αργότερα, ο Huelsmeyer βελτίωσε τη συσκευή του, δίνοντάς της τη δυνατότητα έµµεσου υπολογισµού της απόστασης, ενώ τροποποίησε ανάλογα και την πατέντα του. Λόγω όµως έλλειψης ενδιαφέροντος από τις ναυτικές αρχές, η συσκευή του δεν µπήκε σε παραγωγή. Στους σηµαντικούς ερευνητές των αρχών του 20ου αιώνος, οι οποίοι συνεισέφεραν στην εφεύρεση του ραντάρ µελετώντας την διάδοση των

14 3 Η/Μ κυµάτων, θα πρέπει να αναφερθεί ο Σέρβος Nikola Tesla και ο Ιταλός Guglielmo Marconi [3]. Το 1922, ο Albert H. Taylor και ο Leo C. Young, οι οποίοι εργάζονταν στο U.S. Naval Aircraft Radio Laboratory, κατά τη διάρκεια πειραµάτων τηλεπικοινωνιών, παρατήρησαν ότι ένα ξύλινο πλοίο προκαλούσε παρεµβολές στα σήµατά τους. Αυτή ήταν η πρώτη περίπτωση χρήσης πολυστατικού (Multistatic) ραντάρ (όπου υπάρχουν διαφορετικές κεραίες ποµπού και δέκτη), συνεχούς κύµατος (Continuous Wave CW), για ανίχνευση στόχου. Το 1930, ο Lawrence A. Hyland εργαζόµενος µε τους Taylor και Young, πλέον στο U.S. Naval Research Laboratory, χρησιµοποίησε µία παρόµοια διάταξη πολυστατικού ραντάρ CW για να ανιχνεύσει διερχόµενο Α/Φ. ύο χρόνια αργότερα, η διάταξή τους µπορούσε να ανιχνεύσει Α/Φ σε απόσταση 50 ΝΜ [1]. Εικόνα 2: Πύργος του συστήµατος έγκαιρης προειδοποίησης Chain Home [4] Εικόνα 3: Κάλυψη Μεγ. Βρετανίας από το δίκτυο Chain Home [4] Όµως δεν ήταν ακόµα δυνατή η µέτρηση της απόστασης του Α/Φ από τον ποµπό. Για το λόγο αυτό, ο Taylor ανέθεσε στον Robert Morris Page να εξετάσει την χρήση τεχνικών παλµού (Pulse) αντί για CW. Κατά το τέλος του 1934, η οµάδα του U.S. Naval Research Laboratory είχε κατασκευάσει µία συσκευή, η οποία µπορούσε να ανιχνεύσει ένα Α/Φ και να µετρήσει την απόστασή του, µέχρι 1 ΝΜ. Αν και η εµβέλειά της πολύ µικρή, αυτή η συσκευή επέδειξε για πρώτη φορά την

15 4 ιδέα του παλµικού ραντάρ και για το λόγο αυτό, οι Page, Taylor και Young από ορισµένους θεωρούνται ότι κατασκεύασαν και επέδειξαν το πρώτο πλήρες ραντάρ [3]. Το Αµερικανικό Ναυτικό άλλωστε εισήγαγε το 1940 το ακρωνύµιο RADAR (RAdio Detection And Ranging Ανίχνευση και Μέτρηση απόστασης µε χρήση ραδιοκυµάτων), όρος που επεκράτησε έκτοτε παγκοσµίως. Ανάλογη ανάπτυξη συστηµάτων ραντάρ υπήρχε και στα ερευνητικά κέντρα του Στρατού Ξηράς των ΗΠΑ. Ένα µάλιστα από τα ραντάρ του Στρατού, τύπου SCR-270, που ήταν τοποθετηµένο στη Χαβάη, στις 07:02 της είχε δει στόχους στα 136 ΝΜ βόρεια, οι οποίοι χαρακτηρίσθηκαν εσφαλµένα ως φίλια Α/Φ. Στις 07:48, ιαπωνικά Α/Φ εξαπέλυσαν την επίθεση στο Pearl Harbor [3]... Εικόνα 4: Το Α/Φ Bristol Beaufighter (Μεγάλη Βρετανία), το πρώτο επιτυχηµένο Α/Φ µε ραντάρ (εµβέλειας της τάξης των 3-4 NM), κατάφερε την πρώτη του κατάρριψη την [5]. Στην Μεγάλη Βρετανία, η ανάπτυξη καθυστέρησε να ξεκινήσει σε σχέση µε τις ΗΠΑ αλλά πολύ σύντοµα κάλυψε το χαµένο έδαφος, λόγω της εγγύτητας του διαφαινόµενου κινδύνου της ναζιστικής Γερµανίας. Επικεφαλής του βρετανικού προγράµµατος ήταν ο Robert Watson Watt, στον οποίο είχε αρχικά ανατεθεί να εξετάσει τις δυνατότητες σχετικά µε την Ακτίνα Θανάτου (Death Ray), πράγµα στο οποίο είχε αναφερθεί παλαιότερα ο Nikola Tesla. Ο Watt απάντησε ότι αυτό δεν ήταν εφικτό µε την τεχνολογία της εποχής, ενώ αντιπρότεινε την εξέταση ανίχνευσης Α/Φ µέσω ραδιοκυµάτων. Στις , επιδείχθηκε για πρώτη φορά στην Μεγ. Βρετανία σύστηµα ραντάρ από την οµάδα των Watson Watt, Wilkins και Bowen [3]. Σύµφωνα µε το [1], αυτή είναι η πρώτη επιτυχής προσπάθεια εφαρµογής παλµικού ραντάρ.

16 5 Μέχρι το 1937, µεγάλο µέρος των ανατολικών ακτών της Μεγ. Βρετανίας είχε καλυφθεί από το δίκτυο των σταθµών ραντάρ Chain Home, για σκοπούς επιτήρησης. Το δίκτυο αυτό ήταν τόσο επιτυχές στην αναχαίτιση της Luftwaffe, που καθιέρωσε τους Βρετανούς ως τους πρωτοπόρους στην ανάπτυξη του ραντάρ. Κατά το 1939, µία µικρογραφία του υπόψη συστήµατος ραντάρ τοποθετήθηκε αρχικά στα Α/Φ Bristol Blenheim και αµέσως µετά στα Bristol Beaufighter, µε τα οποία αντιµετωπίστηκαν οι νυχτερινές επιδροµές των γερµανικών Α/Φ. Αργότερα ακολούθησαν τα de Havilland Mosquito. Στη Γερµανία, µετά τον Huelsmeyer το 1904, οι σηµαντικότερες εφαρµογές ραντάρ έγιναν στη δεκαετία του 1930 από τρεις ανεξάρτητες εταιρείες, την GEMA (ο επιστηµονικός διευθυντής της οποίας, Rudolf Kühnhold, θεωρείται από πολλούς Γερµανούς ως ο πατέρας του ραντάρ ), την Telefunken (προµηθευτής µικροκυµατικών λυχνιών, η οποία απορροφήθηκε αργότερα από την Siemens) και την Lorenz, µε πολύ εντυπωσιακά αποτελέσµατα. Άλλες χώρες οι οποίες ανέπτυξαν τεχνολογία ραντάρ πριν τον 2ο παγκόσµιο πόλεµο ήταν η Γαλλία (όπου το 1934 καταχωρήθηκε η πρώτη πατέντα για συσκευή ραδιο-ανίχνευσης πολύ υψηλής συχνότητας), η ΕΣΣ, η Ιαπωνία, η Ολλανδία, η Ιταλία και ορισµένες χώρες της Βρετανικής Κοινοπολιτείας [1][3]. Η σηµαντικότερη ίσως ώθηση στην ανάπτυξη του ραντάρ ήταν η εφεύρεση της λυχνίας Magnetron κοιλότητας (Cavity Magnetron) στη Μεγ. Βρετανία το Ήταν µία βελτιωµένη λυχνίας Magnetron (η απλή Magnetron είχε εφευρεθεί το 1920), µικρή σε διαστάσεις, η οποία επέτρεπε την εκποµπή σε πολύ µεγαλύτερη συχνότητα και ισχύ, µε ικανοποιητικά χαρακτηριστικά, βελτιώνοντας έτσι σηµαντικά τις επιδόσεις του ραντάρ. εδοµένου ότι η Γαλλία τελούσε ήδη υπό την κατοχή των Ναζί και η Αγγλία δεν µπορούσε από µόνη της να προβεί στην παραγωγή των υπόψη λυχνιών, ο Τσώρτσιλ αποφάσισε να προσφέρει την λυχνία Magnetron κοιλότητας στις ΗΠΑ, µε αντάλλαγµα τη οικονοµική και βιοµηχανική βοήθειά τους. Οι ΗΠΑ, για το λόγο αυτό, ίδρυσαν ειδικό Εργαστήριο στο ΜΙΤ, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη σχεδίαση πολύ µεγάλου αριθµού ραντάρ µέχρι το τέλος του πολέµου. Στη λυχνία αυτή βασίστηκαν σχεδόν όλα τα ραντάρ για δεκαετίες, ενώ προσέδωσε ένα σηµαντικό πλεονέκτηµα στους Συµµάχους έναντι των Γερµανών Οι εξελίξεις από τον ψυχρό πόλεµο έως σήµερα Λίγο µετά τον 2ο παγκ. πόλεµο, ξεκίνησε ο ψυχρός πόλεµος. Η ανάπτυξη των συστηµάτων ραντάρ συνεχίστηκε, ενώ άρχισε να χρησιµοποιείται σε µεγάλο βαθµό και σε µη στρατιωτικές εφαρµογές. Οι σηµαντικότερες εξελίξεις κατά τις επόµενες δεκαετίες, των ραντάρ και ιδίως των ραντάρ Α/Φ, ήταν οι ακόλουθες [1]:

17 6 α. Το παλµικό ραντάρ που βασίζεται στο φαινόµενο Doppler για τη µέτρηση της σχετικής ταχύτητας ενός κινούµενου στόχου ανάµεσα στο θόρυβο του ραντάρ (Clutter). Όλα τα σύγχρονα ραντάρ Α/Φ είναι τύπου Pulse-Doppler. β. Το ραντάρ τύπου Monopulse, το οποίο µπορεί να εξάγει πληροφορίες της σχετικής κίνησης για παρακολούθηση του στόχου από κάθε έναν παλµό. Παραδείγµατα ραντάρ Α/Φ: RDM (Α/Φ Μ2000), RDY-2 (Α/Φ Μ2000-5). γ. Η λειτουργία συνθετικού διαφράγµατος (Synthetic Aperture Radar), στην οποία το ραντάρ εκµεταλλεύεται τις επιστροφές από κάθε παλµό, σχηµατίζοντας µία εικόνα υψηλής ανάλυσης του εδάφους. δ. Η λυχνία οδεύοντος κύµατος (Travelling Wave Tube TWT), η οποία επέτρεψε πολύ µεγάλη ισχύ και ακόµα καλύτερα χαρακτηριστικά εκποµπής, σε σχέση µε τις παλαιότερες λυχνίες Magnetron και Clystron. Σχεδόν όλα τα σύγχρονα ραντάρ Α/Φ (εκτός των ραντάρ AESA) βασίζονται σε λυχνία TWT. ε. Η εκποµπή συνεχούς κύµατος (Continuous Wave CW), η οποία επέτρεψε την ανάπτυξη των ηµιενεργών πυραύλων, τύπου AIM-7 Sparrow. στ. Το ραντάρ τύπου διάταξης φάσης (Phased Array) ή ηλεκτρονικής σάρωσης (Electronically Scanned Array). Στα ραντάρ του τύπου αυτού, η κεραία αποτελείται από έναν µεγάλο αριθµό στοιχείων, των οποίων η φάση εκποµπής ελέγχεται ανεξάρτητα. Με τον τρόπο αυτό, η δέσµη εκποµπής ελέγχεται ηλεκτρονικά και όχι µέσω µηχανικής κίνησης της κεραίας, η οποία παραµένει ακίνητη. Αν και ραντάρ διάταξης φάσης εµφανίστηκαν για πρώτη φορά κατά τον 2ο παγκόσµιο πόλεµο, η πραγµατική ανάπτυξή τους ξεκίνησε την δεκαετία του '70, µε την εξέλιξη των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων και την εµφάνιση των ψηφιακών ηλεκτρονικών υπολογιστών, ενώ από τις αρχές της δεκαετίας του '80, εµφανίστηκαν τα πρώτα ραντάρ Α/Φ ηλεκτρονικής σάρωσης. Η ταχύτητα µετατόπισης της δέσµης, η αυξηµένη εµβέλεια, οι ταυτόχρονες λειτουργίες και εν γένει οι επιχειρησιακές δυνατότητες που προσφέρουν τα ραντάρ αυτά, καθώς και η υποδειγµατική αξιοπιστία και το χαµηλό κόστος υποστήριξης, ήταν τόσο σηµαντικά, ώστε τα ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης και αργότερα ενεργητικής ηλεκτρονικής σάρωσης να θεωρείται ότι αποτέλεσαν µία επανάσταση στην εξέλιξη των ραντάρ και ιδίως στα ραντάρ Α/Φ. Αυτό θα τεκµηριωθεί στα επόµενα κεφάλαια Τυπικές επιδόσεις ενός σύγχρονου ραντάρ Α/Φ µε κεραία µηχανικής σάρωσης Μετά από περίπου 70 χρόνια ανάπτυξης, όλα τα σύγχρονα ραντάρ Α/Φ έχουν πολύ καλές επιδόσεις. Η ΠΑ διαθέτει µαχητικά Α/Φ µε πρόσφατες, πολύ εξελιγµένες εκδόσεις ραντάρ µε κεραία µηχανικής σάρωσης, όπως το AN/APG- 68V(9) του Α/Φ F-16, το RDY-2 του M και το AN/APG-65 του F-4Ε AUP.

18 7 Ένα τυπικό, σύγχρονο συµβατικό ραντάρ (µε κεραία µηχανικής σάρωσης) έχει τις ακόλουθες επιδόσεις χαρακτηριστικά: α. Είναι τύπου Pulse-Doppler, βασισµένο σε λυχνία TWT, στη µπάντα συχνοτήτων X-band (8 12 Ghz) και πιο συγκεκριµένα κοντά στο µέσο της µπάντας (στα 10 GHz). β. Επιτρέπει ένα τοµέα σάρωσης της τάξης των ±60, µε δυνατότητες ανόπτευσης κατόπτευσης ( look up look down capabilities ). γ. ιαθέτει λειτουργίες έρευνας, µε εµβέλεια της τάξης των ΝΜ, για στόχο τυπικού µαχητικού. δ. Έχει δυνατότητα παρακολούθησης 8-10 στόχων σε λειτουργία ιχνηλάτησης στόχων διαρκούσης της σάρωσης (Track While Scan TWS) σε αποστάσεις έως 50 ΝΜ. ε. ιαθέτει λειτουργίες Εγκλωβισµού-Παρακολούθησης, για καθοδήγηση πυραύλου Α-Α ή για χρήση πυροβόλου. στ. Μπορεί να καθοδηγήσει ενεργούς πυραύλους αέρος-αέρος µέσω ραδιοζεύξης (Data Link) για 4 Α/Φ-στόχους παράλληλα. ζ. ιαθέτει λειτουργίες ταχείας πρόσκτησης στόχου κατά την εναέρια µάχη (Combat Modes). η. ιαθέτει λειτουργίες Αέρος-Εδάφους: χαρτογράφηση εδάφους (Ground Mapping), χαρτογράφηση υψηλής ανάλυσης µε λειτουργία συνθετικού διαφράγµατος (Synthetic Aperture Radar), αποφυγή αναγλύφου εδάφους (Terrain Avoidance), ένδειξη κινούµενου στόχου εδάφους (Ground Moving Target Indication). θ. ιαθέτει λειτουργίες Αέρος-Επιφάνειας (Air to Sea). ι. ιαθέτει δυνατότητες αντιµετώπισης ηλεκτρονικών αντιµέτρων (Electronic Counter Counter Measures ECCM), όπως αναπήδηση συχνότητας (Frequency Agility), περιορισµένη ισχύ εκποµπής, ειδική επεξεργασία κλπ.

19 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΡΑΝΤΑΡ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ 2.1. Αρχές λειτουργίας τα πρώτα ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης Εκτός από τα ραντάρ µε κεραίες µηχανικής σάρωσης, έχουν αναπτυχθεί και ραντάρ διάταξης φάσης (Phased Array). Τα ραντάρ αυτά αποτελούνται από µία διάταξη στοιχειωδών κεραιών, κατάλληλα τοποθετηµένων (µε κατάλληλη απόσταση µεταξύ τους) και µε έλεγχο της φάσης του σήµατος εκποµπής χωριστά για κάθε µία στοιχειοκεραία, ώστε η δέσµη εκποµπής να ενισχύεται προς µία συγκεκριµένη κατεύθυνση κάθε στιγµή και να ακυρώνεται προς τις υπόλοιπες κατευθύνσεις. Εάν όλες οι στοιχειοκεραίες βρίσκονται σε ένα επίπεδο και εκπέµπουν όλες µαζί χωρίς διαφορά φάσης, τότε η δέσµη εκποµπής θα ενισχύεται προς την κατεύθυνση η οποία είναι κάθετη ως προς το επίπεδο των κεραιών. Μεταβάλλοντας καταλλήλως την διαφορά φάσης µεταξύ των στοιχειοκεραιών, ρυθµίζεται η κατεύθυνση της δέσµης, καθότι διαµορφώνεται η κατεύθυνση της εποικοδοµητικής αλληλεπίδρασης µεταξύ των σηµάτων εκποµπής των στοιχειοκεραιών. Με τον τρόπο αυτό, η κατεύθυνση της δέσµης εκποµπής ελέγχεται ηλεκτρονικά και µπορεί να αλλάζει πολλές χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο, χωρίς να υπάρχουν µηχανικά µετακινούµενα µέρη. Επιπλέον, ελέγχοντας πόσες στοιχειοκεραίες εκπέµπουν σε κάθε στιγµή, είναι δυνατόν να ελεγχθεί το εύρος της δέσµης (εάν θα είναι ευρεία, π.χ. για έρευνα, ή στενότερη, π.χ. για παρακολούθηση). Τα ραντάρ διάταξης φάσης ονοµάζονται και ηλεκτρονικής σάρωσης (Electronically Scanned Array ή Electronically Steered Array ESA), καθότι η κατεύθυνση της δέσµης ελέγχεται ηλεκτρονικά [3]. Η κεραία διάταξης φάσης χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στο πλαίσιο των ραδιοτηλεπικοινωνιών, µε σκοπό τη µετάδοση ραδιοκυµάτων σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Όσον αφορά τα ραντάρ, κεραίες διάταξης φάσης αναπτύχθηκαν κατά τον 2ο παγκ. πόλεµο, από τους Βρετανούς σε ένα ραντάρ προσέγγισης (Ground Controlled Approach GCA) και από τους Γερµανούς, καθώς η εταιρεία GEMA κατασκεύασε το ραντάρ Mammut 1 [6]. Αρχικά, ραντάρ τέτοιου τύπου χρησιµοποιήθηκαν σε εφαρµογές εδάφους και στη συνέχεια σε ραντάρ πλοίων. Λόγω της διαθέσιµης ηλεκτρονικής τεχνολογίας αλλά και θεµάτων κόστους και πολυπλοκότητας, τα ραντάρ του τύπου αυτού άργησαν να χρησιµοποιηθούν σε Α/Φ. Λαµβάνοντας υπόψη ότι ο όρος Phased Array έχει συνδυαστεί περισσότερο µε παλαιότερα ραντάρ εδάφους ή πλοίων, στη συνέχεια τα ραντάρ διάταξης φάσης θα αναφέρονται ως ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης ή ραντάρ ESA.

20 9 Το πρώτο ραντάρ ESA που τοποθετήθηκε σε Α/Φ ήταν το AN/APQ-164 της Westinghouse Electronic Systems (τώρα πλέον Northrop Grumman Electronic Systems), που χρησιµοποιήθηκε στο αµερικανικό υπερηχητικό βοµβαρδιστικό Α/Φ B-1B Lancer. Οι πρώτες δοκιµές έγιναν σε ένα Α/Φ Β-52 το 1977, ενώ τα πρώτα συστήµατα παραγωγής παραδόθηκαν το 1984 [7]. Το πρώτο όµως ραντάρ Α/Φ ESA που εισήλθε σε ενεργό υπηρεσία ήταν το Zaslon του µαχητικού MIG-31, κατά τις αρχές της δεκαετίας του '80 [8]. Ίσως το καλύτερο ραντάρ της εποχής του, αν και λόγω του συνεπαγόµενου όγκου και βάρους µπορούσε να τοποθετηθεί µόνο σε ένα πολύ µεγάλων διαστάσεων Α/Φ, όπως το MIG-31 [9] Στοιχεία θεωρίας ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης Με σκοπό την απόκλιση της δέσµης εκποµπής κατά γωνία σε σχέση µε την κάθετο στο επίπεδο της κεραίας, θα πρέπει το σήµα κάθε στοιχειοκεραίας να έχει µία διαφορά φάσης φ, η οποία θα είναι ανάλογη µε το ηµίτονο του. Πιο συγκεκριµένα (βλ. Εικ. 5): φ=2π d sin θ rad, όπου d είναι η απόσταση µεταξύ λ των στοιχειοκεραιών και λ το µήκος κύµατος [5]. Εικόνα 5: Με σκοπό να κατευθύνουµε την δέσµη κατά µία γωνία ως προς την κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα στοιχεία της κεραίας, η φάση της διέγερσης του στοιχείου Β θα πρέπει να προηγείται αυτής του στοιχείου Α κατά φ, διαφορά φάσης η οποία αντιστοιχεί στην κάλυψη της απόστασης R από το Η/Μ κύµα ξεκινώντας από το στοιχείο Β. Καθώς το Η/Μ κύµα διασχίζει απόσταση ίση µε το µήκος κύµατος λ, η καθυστέρηση φάσης είναι 2 π rad. Οπότε, διασχίζοντας απόσταση R εµφανίζεται καθυστέρηση φάσεως ίση µε 2π R/λ rad. Όπως φαίνεται από το σχήµα, R=d sin θ. Κατόπιν τούτων, η απαιτούµενη διαφορά φάσης µεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων Α και Β µε σκοπό την κατεύθυνση της δέσµης κατά γωνία ως προς την κάθετο είναι: φ=2π d sin θ rad [5]. λ

21 Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα των ραντάρ ESA Κατ' αρχάς, τα ραντάρ ESA Α/Φ περιλαµβάνουν όλες τις λειτουργίες που διαθέτουν τα συµβατικά ραντάρ µε κεραία µηχανικής σάρωσης, ενώ επιτρέπουν και νέες λειτουργίες, όπως θα φανεί αργότερα. Τα σηµαντικότερα πλεονεκτήµατα των ραντάρ ESA σε σχέση µε τα ραντάρ µε κεραία µηχανικής σάρωσης είναι [5]: α. υνατότητα στιγµιαίας µετατόπισης της δέσµης εκποµπής από ένα σηµείο κάλυψης σε οποιοδήποτε άλλο, αφού δεν υπάρχει µετακίνηση µηχανικών µερών, κίνηση σερβοµηχανισµών κλπ. Ο έλεγχος της δέσµης γίνεται από ειδικό υπολογιστή, πράγµα το οποίο επιτρέπει οποιαδήποτε κίνηση της δέσµης, καθώς και οποιοδήποτε χρόνο παραµονής σε µία κατεύθυνση (Dwell time). β. Υψηλή απολαβή (High Gain) της κεραίας, µε περιορισµένους πλευρικούς λοβούς (Side lobes). γ. Για ραντάρ Α/Φ, επιτρέπει στο φέρον Α/Φ να παρουσιάζει µειωµένη υπογραφή ή ίχνος ραντάρ (Radar Cross Section RCS), σε σχέση µε ένα συµβατικό ραντάρ, η κινούµενη κεραία του οποίου αποτελεί ιδανικό ανακλαστήρα στην περίπτωση που φωτιστεί κάθετα από ακτινοβολία. δ. Επιτρέπουν καλύτερα χαρακτηριστικά χαµηλής πιθανότητας υποκλοπής ανίχνευσης (Low Probability of Interception LPI): ένα ραντάρ ESA, µε κατάλληλες ρυθµίσεις εκποµπής, µπορεί να βλέπει χωρίς να το βλέπουν οι δέκτες συστηµάτων αυτοπροστασίας του αντιπάλου. Παράγοντες της ιδιότητας LPI είναι οι εξής: η πολύ λεπτή δέσµη εκποµπής, οι µειωµένοι πλευρικοί λοβοί (Sidelobes), η συνεχής αναπήδηση συχνότητας, η µείωση ισχύος εκποµπής, η διάχυση της ενέργειας σε µεγαλύτερη µπάντα συχνοτήτων, η κατάλληλη διαµόρφωση του σήµατος εκποµπής σε συνδυασµό µε την κατάλληλη επεξεργασία του επιστρεφόµενου σήµατος κ.α. [10]. ε. Λόγω της στενής δέσµης και των µειωµένων πλευρικών λοβών, ένα ραντάρ ESA έχει µεγαλύτερη αντοχή σε περιβάλλον ηλεκτρονικού πολέµου. στ. Παρουσιάζουν αυξηµένη αξιοπιστία: η βλάβη ενός µικρού αριθµού στοιχείων (π.χ., µέχρι 5%) πρακτικά δεν έχει επίδραση στη λειτουργία ή στις επιδόσεις του ραντάρ. Στην περίπτωση που παρουσιάσουν πρόβληµα περισσότερα στοιχεία, το ραντάρ ενδεχοµένως να παρουσιάζει µία µικρή µείωση των επιδόσεών του αλλά δεν καθίσταται ΕΚ/ΕΝ και µπορεί να συνεχίσει την αποστολή του. Η ιδιότητα της ικανοποιητικής διατήρησης της απόδοσης παρά την σταδιακή υποβάθµιση της λειτουργίας χαρακτηρίζεται µε τον όρο Graceful Degradation (θα µπορούσε να αποδοθεί ως οµαλή υποβάθµιση ). η. Πέραν της ιδιότητας Graceful Degradation, τα στοιχεία των ραντάρ ESA έχουν εγγενώς υψηλή αξιοπιστία, διότι δεν περιλαµβάνουν µηχανικά

22 11 µέρη, ούτε κυκλώµατα υψηλής τάσης, τα οποία είναι επιρρεπή σε βλάβες. Ως εκ τούτου, παρουσιάζουν υψηλή διαθεσιµότητα και χαµηλές απαιτήσεις συντήρησης. θ. Επιτρέπουν τη δυνατότητα παθητικής ανίχνευσης εκποµπών από άλλα ραντάρ Α/Φ ή ποµπούς εν γένει, λειτουργώντας έτσι ως RWR (Radar Warning Receiver). Μειονεκτήµατα που παρουσιάζουν τα ραντάρ ESA είναι τα ακόλουθα: α. Η δέσµη παραµορφώνεται (γίνεται πιο ευρεία) καθώς αυξάνεται η γωνία σε σχέση µε την κάθετο. β. Στις περισσότερες εφαρµογές, η κάλυψη περιορίζεται σε ±60 ως προς αζιµούθιο και καθ' ύψος, µε σκοπό την αποφυγή της προαναφερθείσας παραµόρφωσης της δέσµης, καθώς και για άλλους λόγους. γ. Η πολυπλοκότητα είναι πολύ αυξηµένη σε σχέση µε ένα συµβατικό ραντάρ µηχανικής σάρωσης. δ. Έχουν σηµαντικές απαιτήσεις ισχύος και κυρίως απαγωγής θερµότητας. ε. Επιπρόσθετα, έχουν σηµαντικές απαιτήσεις επεξεργαστικής ισχύος. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, ενώ για την σταθεροποίηση π.χ. ως προς Roll ενός ραντάρ µε κεραία µηχανικής σάρωσης χρησιµοποιείται ένας σερβοµηχανισµός σε κλειστό κύκλωµα, για ένα ραντάρ ESA θα πρέπει να υπολογίζεται η αντίστοιχη µεταβολή και να εκτελείται για κάθε ένα από τα στοιχεία, πολλές χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο, µε βάση την ένδειξη του Roll από το αδρανειακό σύστηµα του Α/Φ. στ. Το κόστος είναι σηµαντικά υψηλότερο σε σχέση µε ένα κλασσικό ραντάρ. Υπάρχουν τα εξής δύο κύρια είδη ραντάρ ESA, τα οποία θα εξετασθούν στα επόµενα κεφάλαια: α. Τα ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (Passive Electronically Scanned Array PESA). β. Τα ραντάρ ενεργητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (Active Electronically Scanned Array AESA). Στο [5] αναφέρεται και µία τρίτη κατηγορία ηλεκτρονικής σάρωσης, που ονοµάζεται πραγµατικής χρονικής καθυστέρησης (True Time Delay ESA). Αποτελεί µία νεώτερη κατηγορία ενεργητικής ηλεκτρονικής σάρωσης, η οποία αναφέρεται εδώ µόνο για λόγους πληρότητας, καθώς προς το παρόν δεν φαίνεται να έχει εφαρµογές.

23 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΡΑΝΤΑΡ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ (PESA) 3.1. Αρχές λειτουργίας ραντάρ PESA Στα ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (PESA), υπάρχει ένας ποµπός (που βασίζεται συνήθως σε µία λυχνία TWT) και ένας δέκτης. Το σήµα υψηλής ισχύος που παράγεται στον ποµπό οδηγείται σε κάθε στοιχειοκεραία διαµέσου ενός στοιχείου µετατόπισης φάσης (Phase Shifter). Τα στοιχεία αυτά ελέγχονται ηλεκτρονικά είτε από τον κεντρικό υπολογιστή του ραντάρ, είτε από έναν εξειδικευµένο τοπικό επεξεργαστή, που ονοµάζεται ελεγκτής κατεύθυνσης δέσµης (Beam Steering Controller), µε σκοπό τον έλεγχο της δέσµης εκποµπής. Εικόνα 6: Το ραντάρ διάταξης φάσης AN/MPQ-65 του συστήµατος Patriot PAC-3 (εταιρεία Raytheon, ΗΠΑ) [11] Τα ραντάρ PESA ήταν τα πρώτα ραντάρ ESA που αναπτύχθηκαν, ενώ χρησιµοποιήθηκαν επί Α/Φ για πρώτη φορά κατά τα τέλη της δεκαετίας του '70. Αν και αργότερα η ανάπτυξη της τεχνολογίας επέτρεψε την κατασκευή των ραντάρ AESA, τα οποία θεωρητικά προσφέρουν καλύτερες δυνατότητες επιδόσεις, τα ραντάρ PESA παραµένουν σήµερα στην αιχµή του δόρατος, συνδυάζοντας επιδόσεις, αξιοπιστία και ωριµότητα. Άλλωστε, τα περισσότερα ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης σήµερα είναι PESA. Στη συνέχεια αναφέρονται ορισµένα χαρακτηριστικά παραδείγµατα ραντάρ PESA.

24 Ρ αντάρ AN/MPQ-65 συστήµατος Patriot PAC-3 Το ραντάρ AN/MPQ-65 του συστήµατος Patriot PAC-3 της εταιρείας Raytheon (ΗΠΑ) αποτελείται από 5000 στοιχεία και βασίζεται σε δύο λυχνίες TWT, για αυξηµένες επιδόσεις (το ραντάρ AN/MPQ-53 του Patriot PAC-2 περιλαµβάνει µία TWT). Η ανάπτυξή του ξεκίνησε στα µέσα της δεκαετίας του '70 και τέθηκε σε υπηρεσία το Εκτελεί όλες τις λειτουργίες: έρευνα, αναγνώριση, παρακολούθηση και λειτουργίες εµπλοκής καθοδήγηση πυραύλου, σε απόστασεις της τάξης των 100 ΝΜ, σε ένα τοµέα 120, ενώ έχει πολύ σηµαντικές δυνατότητες ECCM [11]. Εικόνα 7: Το USS Ticonderoga (CG-47), το πρώτο πλοίο της οµώνυµης κλάσης, η οποία έφερε το σύστηµα µάχης Aegis. ιακρίνονται οι δύο από τις τέσσερις επίπεδες κεραίες του ραντάρ PESA AN/SPY-1 [12] Ραντάρ AN/SPY-1 συστήµατος µάχης Aegis Το ναυτικό ραντάρ AN/SPY-1 αποτελεί το κύριο στοιχείο του συστήµατος µάχης Aegis της εταιρείας Lockheed Martin (ΗΠΑ). Αναπτύχθηκε την δεκαετία του '70 και εισήλθε σε ενεργό υπηρεσία το Το ραντάρ αυτό είναι υψηλής ισχύος και επιτρέπει στο σύστηµα Aegis την ανίχνευση, παρακολούθηση και καθοδήγηση πυραύλων σε πάνω από 100 στόχους ταυτόχρονα, σε ακτίνα άνω των 100 ΝΜ. Με σκοπό την κάλυψη 360 ως προς το αζιµούθιο, χρησιµοποιούνται 4 κεραίες, κάθε µία εκ των οποίων καλύπτει τουλάχιστον 90 [12] Ραντάρ Zaslon (Flash Dance) Α/Φ MIG-31 Το ραντάρ Zaslon (γνωστό και ως Flash Dance ή SBI-16 ή S-800 ή N007) αναπτύχθηκε από το 1975 έως το 1980 από το Tikhomirov Scientific Research Institute of Instrument Design, ως µέρος του συστήµατος ελέγχου πυρός του υπερηχητικού µαχητικού Α/Φ MIG-31. Αποτελείται από 1700 στοιχεία και εκπέµπει στην X-Band. Η εµβέλεια του Zaslon είναι της τάξης των 200 χλµ (περίπου 110

25 14 ΝΜ), µπορεί να παρακολουθήσει 10 στόχους και να εµπλέξει 4 εξ' αυτών. Σε συνδυασµό µε πυραύλους αέρος-αέρος µεγάλης εµβελείας, αποτελούσε ένα ιδιαίτερα επικίνδυνο Α/Φ αναχαίτισης [13]. Βέβαια, το βάρος του υπόψη ραντάρ εκτιµάται ότι ανέρχεται σε 1 τόνο [14], οπότε θα µπορούσε να τοποθετηθεί µόνο σε ένα Α/Φ µεγάλων διαστάσεων, όπως το MIG-31, το οποίο σε κλειστή αεροµαχία µάλλον θα υστερούσε έναντι µικρότερων και πιο ευέλικτων µαχητικών. Εικόνα 8: Α/Φ MIG-31 Foxhound, στο Παρίσι το 1991, στην αεροπορική επίδειξη Le Bourget [13], επιδεικνύοντας το ραντάρ PESA Zaslon (Flash Dance), ίσως το καλύτερο ραντάρ αναχαίτισης της δεκαετίας του ' Ραντάρ RBE2 Α/Φ Rafale Το ραντάρ RBE2 (Radar à Balayage Electronique 2 plans ραντάρ ηλεκτρονικής σάρωσης 2 επιπέδων) αναπτύχθηκε από την εταιρεία Thomson-CSF (νυν Thales Systèmes Aéroportés, Γαλλία) για το Α/Φ Rafale. Το Rafale ήταν το πρώτο ευρωπαϊκό Α/Φ µε ραντάρ ESA, η παραγωγή του οποίου ξεκίνησε από το Γενικότερα, ήταν το πρώτο Α/Φ πολλαπλών ρόλων µε ραντάρ ESA, καθότι είχαν προηγηθεί τα βοµβαρδιστικά Α/Φ Β-1Β Lancer και Β2 Spirit και το Α/Φ αναχαίτισης MIG-31 Foxhound. Το RBE2 χρησιµοποιεί µία λυχνία TWT και ένα σύστηµα διεγέρτη (Exciter) δέκτη (Receiver), όπως ένα κλασσικό ραντάρ. Όµως, η δέσµη κατευθύνεται από δύο επίπεδα που δρουν ως ηλεκτρονικά πρίσµατα, ένα για την ανύψωση (Elevation) και ένα για το αζιµούθιο, τεχνολογία η οποία ονοµάζεται RADANT [15]. Έχει δυνατότητα παρακολούθησης 40 στόχων και εµπλοκής 8 εξ' αυτών µε πυραύλους αέρος-αέρος MICA. Επίσης, διαθέτει λειτουργία αναγνώρισης µη συνεργαζόµενου στόχου (Non Cooperative Target Recognition). Ως ραντάρ ESA, έχει τη δυνατότητα παράλληλης έρευνας σε µία περιοχή, µε παράλληλη παρακολούθηση σε άλλη περιοχή ( Track here while scan there ),

26 15 επιτρέποντας την καθοδήγηση πυραύλων MICA, ενώ ταυτόχρονα ψάχνει για νέους στόχους. Μπορεί να εκτελεί παράλληλα λειτουργίες αέρος αέρος και αέρος εδάφους [16]. Το ραντάρ RBE2 επιτρέπει στο Rafale να παρουσιάζει µειωµένο RCS και υψηλή αξιοπιστία, ενώ σύµφωνα µε την κατασκευάστρια εταιρεία του Α/Φ, Dassault Aviation, προσδίδει πρωτόγνωρα επίπεδα επίγνωσης κατάστασης (Situational Awareness SA) [17]. Η Thales προτίµησε την ευελιξία, τη δυνατότητα LPI και την ικανότητα ECCM ενός ραντάρ PESA, θυσιάζοντας όµως την υψηλή εµβέλεια, την οποία θα ήταν δυνατόν να επιτύχει µε ένα εξελιγµένο ραντάρ µηχανικής σάρωσης [18] (λαµβάνοντας όµως υπόψη εξαρχής την πιθανότητα αναβάθµισής του σε AESA). Σύµφωνα µε την πρακτική της γαλλικής ΠΑ, το Rafale επιχειρεί στο πλαίσιο ενός δικτύου, όπου συµµετέχουν ραντάρ ερεύνης ή εναέρια ραντάρ επιτήρησης, οπότε η πολύ µεγάλη εµβέλεια δεν αποτελεί πρώτη προτεραιότητα για το ραντάρ του. Σύµφωνα µε το [19], το RBE2 µπορεί να παρακολουθήσει (Tracking) έναν στόχο µεγέθους µαχητικού Α/Φ (µε RCS λίγο µικρότερο από 3 m², για την ακρίβεια 30 feet²) σε απόσταση µεγαλύτερη από 60 ΝΜ, ενώ επιτρέπει ανίχνευση σε αποστάσεις έως 75 ΝΜ. H µέγιστη απόσταση για εµπλοκή 8 Α/Φ µεγέθους µαχητικού και παρακολούθηση 32 άλλων αντίστοιχων στόχων, σε κατόπτευση (Look down), αναφέρεται ότι είναι γύρω στα 100 χλµ (54 ΝΜ) [18][20]. Εικόνα 9: Σχηµατική απεικόνιση της τεχνολογίας RADANT PESA. Η δέσµη που εκπέµπεται από τον ποµπό περνά µέσα από δύο επίπεδα που δρουν ως ηλεκτρονικά πρίσµατα (µε διαφορά 90 µεταξύ τους), εκτρέποντας την δέσµη κατά αζιµούθιο (Azimuth) και καθ' ύψος (Elevation). Η τεχνολογία αυτή εφαρµόζεται στο ραντάρ PESA RBE-2 του Α/Φ Rafale [15]. Με σκοπό την βελτίωση των επιδόσεων, η Thales Systèmes Aéroportés έχει ήδη ολοκληρώσει την ανάπτυξη του αντίστοιχου ραντάρ τεχνολογίας AESA, το οποίο ονοµάζεται RBE2-AA (Antenne Active) και βρίσκεται σε προχωρηµένο στάδιο δοκιµών και ολοκλήρωσης. Πρόκειται να εξοπλίσει την επόµενη έκδοση των Α/Φ Rafale (F3+) από το Το RBE2-AA θα εξετασθεί αναλυτικότερα σε επόµενο κεφάλαιο.

27 Ραντάρ Ν035 Irbis-E (Snow Leopard) του Α/Φ Su-35ΒΜ Το Ν035 Irbis-E (Snow Leopard) είναι ένα εξελιγµένο ραντάρ πολλαπλών ρόλων της Tikhomirov NIIP, που προορίζεται για τη νέα έκδοση του Α/Φ της Sukhoi, Su-35ΒΜ (Bolshaya Modernizatsiya ή Big Modernization). Το Irbis-E, το οποίο ξεκίνησε να αναπτύσσεται το 2004, είναι ένα υβριδικό ραντάρ, που συνδυάζει µία µεγάλη κεραία ESA (διαµέτρου 0,9 m) µε περίπου 1500 στοιχεία, η οποία όµως µπορεί να κινηθεί και µηχανικά (υδραυλικά), µε σκοπό την αύξηση της κάλυψης από τις ±60 (που κατά κανόνα επιτρέπει ένα ραντάρ ESA), στις ±120 ως προς το αζιµούθιο. Εκπέµπει στην X-Band, µε την βοήθεια δύο λυχνιών TWT, µε ισχύ 10 kwatt η καθεµία. Επίσης, ο δέκτης έχει ιδιαίτερη διάταξη, η οποία επιτρέπει χαµηλότερο δείκτη θορύβου (θα εξηγηθεί στο επόµενο κεφάλαιο), συγκρίσιµο µε αυτόν ενός ραντάρ AESA. Εικόνα 10: Πρωτότυπο του υβριδικού ραντάρ Irbis-E του Α/Φ Su-35BM [21], που συνδυάζει τις τεχνολογίες PESA και τη µηχανική σάρωση, µε σκοπό την αύξηση του τοµέα κάλυψης ως προς το αζιµούθιο στις ±120. Σύµφωνα µε τα [21][22], οι επιδόσεις του Irbis-E είναι καλύτερες από αυτές του ραντάρ AESA APG-77 του Α/Φ F-22Α, αν και αυτό δεν επιβεβαιώνεται επισήµως από την κατασκευάστρια εταιρεία Tikhomirov NIIP. Κατόπιν τούτων, το Irbis-E επιτυγχάνει εµβέλεια της τάξης των 400 km (216 ΝΜ) για στόχους µε RCS 3 m², ενώ µπορεί να ανιχνεύσει ένα στόχο µε RCS 0,01 m² σε απόσταση 90 km (περίπου 50 ΝΜ) [21][23] (βλ. Εικ. 11). Έχει δυνατότητα παρακολούθησης 30 στόχων και ταυτόχρονης εµπλοκής 8 εξ' αυτών µε ενεργούς πυραύλους ή 2 µε ηµιενεργούς πυραύλους. Επίσης, διαθέτει λειτουργία SAR µε ανάλυση µικρότερη του 1 m. Οι ανωτέρω επιδόσεις είναι καλύτερες από τις αντίστοιχες του ραντάρ AESA APG-77 του Α/Φ F-22Α, αν και αυτό δεν επιβεβαιώνεται από την Tikhomirov NIIP [21][22]. Τα πρώτα Α/Φ παραγωγής µε το υπόψη ραντάρ αναµένονται εντός του τρέχοντος έτους [22].

28 17 Εικόνα 11: ιάγραµµα αποστάσεων αποκάλυψης σύγχρονων ρωσικών ραντάρ Α/Φ και πυραύλων αέρος-αέρος, σε συνάρτηση µε το RCS του στόχου [21], µε βάση ρωσικά στοιχεία. Από το διάγραµµα φαίνεται η πολύ µεγάλη εµβέλεια του ραντάρ PESA Irbis-E του Α/Φ Su-35BM, ιδίως σε ανόπτευση. Το N011M BARS είναι το αµέσως προηγούµενο ραντάρ της ίδιας οικογένειας για το Su-30MKI, το N012 είναι ραντάρ που χρησιµοποιείται για την κάλυψη του οπίσθιου ηµισφαιρίου, ενώ η οικογένεια AGAT είναι ραντάρ πυραύλων.

29 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΡΑΝΤΑΡ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ AESA 4.1. Αρχές λειτουργίας ραντάρ AESA Η ανάπτυξη της µικροηλεκτρονικής τεχνολογίας επέτρεψε την κατασκευή όλο και πιο µικρών σε διαστάσεις και βάρος ηλεκτρονικών στοιχείων. Η εισαγωγή των ηµιαγωγών και πιο συγκεκριµένα των µονολιθικών µικροκυµατικών ολοκληρωµένων κυκλωµάτων (Monolithic microwave integrated circuit ή MMIC) µε βάση το αρσενικούχο γάλλιο (Gallium Arsenide GaAs) κατά την δεκαετία του '80 οδήγησε στην κατασκευή µικρότερων στοιχείων δέκτη. Όσον αφορά τον ποµπό, για δεκαετίες ήταν απαραίτητη η χρήση µίας ή και περισσοτέρων µικροκυµατικών λυχνιών ισχύος (Magnetron, Klystron ή TWT), οι οποίες ήταν ογκώδεις και µε µεγάλο βάρος, όπως επίσης και όλα τα βοηθητικά τους κυκλώµατα (τροφοδοτικά, ρυθµιστές κλπ), καθότι απαιτούν πολύ υψηλή τάση για τη λειτουργία τους (της τάξης των µερικών χιλιάδων Volt). Τα ραντάρ Α/Φ PESA βασίζονται συνήθως σε µία ή δύο TWT. Η ανάπτυξη εξελιγµένων τρανζίστορ ισχύος, όπως π.χ. τα JFET (Junction gate Field-Effect Transistor) και τα MESFET (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor), επέτρεψε την εµφάνιση κυκλωµάτων εκποµπής πολύ υψηλών συχνοτήτων µε πολύ µικρές διαστάσεις [24]. Εικόνα 12: Ένα αντιπροσωπευτικό στοιχείο εκποµπής / λήψης (Transmit / Receive Module TRM). Ένα τυπικό ραντάρ AESA περιλαµβάνει από 1000 έως 2000 τέτοια στοιχεία [5]. Το κόστος όµως είναι αντιστρόφως ανάλογο των διαστάσεων! Κατόπιν τούτων, ένα πλήρες στοιχείο εκποµπής / λήψης (Transmit / Receive Module TRM), µπορεί να συµπτυχθεί σε πολύ µικρές διαστάσεις (βλ. Εικ. 12). Ένα TRM περιλαµβάνει τα ακόλουθα κυκλώµατα, τα οποία υλοποιούνται µε χρήση ειδικών ολοκληρωµένων κυκλωµάτων [5]: α. έναν ενισχυτή υψηλής ισχύος (High Power Amplifier) για το σήµα εκποµπής, β. έναν ενισχυτή χαµηλού θορύβου (Low Noise Amplifier) για προενίσχυση του λαµβανόµενου σήµατος (της ηχούς),

30 19 γ. έναν διπλέκτη (Duplexer) από τον οποίο περνάει το σήµα εκποµπής προς το στοιχείο κεραίας και το λαµβανόµενο σήµα από την κεραία προς τον ενισχυτή χαµηλού θορύβου, δ. ένα κύκλωµα προστασίας που εµποδίζει τυχόν διαρροή του σήµατος εκποµπής προς το κανάλι του δέκτη µέσω του διπλέκτη, ε. έναν ενισχυτή µεταβαλλόµενου κέρδους (Variable Gain Amplifier) και ένα στοιχείο µεταβολής φάσης (Variable Phase Shifter), τα οποία ελέγχονται από τον υπολογιστή ελέγχου της δέσµης του ραντάρ. Ένα ραντάρ AESA αποτελείται από έναν µεγάλο αριθµό (πάνω από 1000) TRM, όπου το καθένα είναι συνδεδεµένο µε ένα στοιχείο κεραίας, καθιστώντας περιττή την ύπαρξη ενός κεντρικού ποµπού Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα ραντάρ AESA Το σηµαντικότερο πλεονέκτηµα ενός ραντάρ AESA αφορά τον δείκτη θορύβου (Noise Figure) του δέκτη. Για να γίνει αυτό κατανοητό, θα πρέπει να αναφερθούν τα ακόλουθα: Το σήµα επιστροφής που λαµβάνει η κεραία του ραντάρ είναι ένα σήµα πολύ χαµηλής ισχύος, ανάµεσα σε θερµικό (τυχαίο) θόρυβο. Για να µπορέσει να αναλυθεί το σήµα αυτό απαιτείται η ενίσχυσή του. Κάθε στάδιο ενίσχυσης, ενισχύει αδιακρίτως το εισερχόµενο σήµα και τον εισερχόµενο θόρυβο, ενώ προσθέτει και νέο θόρυβο. Είναι επιθυµητό ο επιπρόσθετος ( νέος ) θόρυβος να είναι όσο το δυνατόν µικρότερος, ιδίως στα πρώτα στάδια ενίσχυσης. Για το λόγο αυτό, σε έναν δέκτη που λαµβάνει σήµατα χαµηλής ισχύος, όπως σε ένα ραντάρ, το πρώτο στάδιο µετά την κεραία είναι πάντα ένας ειδικός ενισχυτής χαµηλού θορύβου (Low Noise Amplifier LNA), µε σκοπό την εισαγωγή όσο το δυνατόν χαµηλότερου θορύβου. Μία σηµαντικότατη παράµετρος που χαρακτηρίζει την ποιότητα ενός ενισχυτή είναι ο δείκτης θορύβου (Noise Figure), ένας αριθµός που ουσιαστικά αποτελεί µία µέτρηση του νέου θορύβου που εισάγει ένας ενισχυτής. Πιο συγκεκριµένα, Noise Figure είναι η λογαριθµική έκφραση του συντελεστή θορύβου (Noise Factor), ο οποίος είναι ο λόγος, του λόγου σήµατος προς θόρυβο εισόδου, προς το λόγο σήµατος προς θόρυβο εξόδου, εκπεφρασµένου σε db. Λαµβάνοντας υπόψη τους ανωτέρω ορισµούς και δεδοµένου ότι σε ένα ραντάρ AESA µεσολαβούν πολύ λιγότερα στάδια από κάθε στοιχείο κεραίας έως το πρώτο στάδιο ενίσχυσης του δέκτη (LNA), που βρίσκεται σε κάθε TRM, σε σχέση µε ένα ραντάρ PESA (όπου ο δέκτης είναι κεντρικός και, µε απλά λόγια, το σήµα ακολουθεί µεγαλύτερη διαδροµή µέχρι να φθάσει σ' αυτόν), προκύπτει ότι το Noise Figure του συστήµατος κεραίας δέκτη σε ένα ραντάρ AESA είναι χαµηλότερο (και εποµένως καλύτερο) από το αντίστοιχο Noise Figure σε ένα ραντάρ PESA.