Razvoj radio-fotonskog radara ROFAR

[Kubovac]

Rusija završava ispitivanja fotonskog radara u potrazi za stelt ciljevima

U Rusiji su završena ispitivanja prototipa aktivne fazne antenske rešetke zasnovane na radio-fotonici - ROFAR

Nova tehnologija će smanjiti veličinu avionskih i brodskih radara, kao i povećati tačnost i domet otkrivanja stelt ciljeva.
„Na osnovu rezultata testova demonstratora koje je izradio koncern, dobili smo rezultate koji nam omogućavaju da govorimo o mogućnosti upotrebe ROFAR -a kao dela najnovije pomorske, vazduhoplovne i svemirske tehnologije, uključujući i u kompleksima radarskih izviđanja“, izjavio je na forumu Army-2020 Vjačeslav Mihejev, generalni direktor koncernta Vega.

Takođe je naglasio da će nova tehnologija omogućiti integrisanje primopredajnika u strukturu broda, aviona ili satelita, kao i povećanje vidnog polja radara. Takođe treba reći da je ROFAR nastao na osnovu izvorne domaće komponente.
Podsetimo, prvi izveštaji o razvoju fundamentalno nove radarske stanice zasnovane na radio -fotonskim tehnologijama pojavili su se 2018. godine.

„Na radarskom ekranu neće se pojaviti oznaka cilja, već njena slika, koja je klasičnom radaru nedostižna. To jest, operater će umesto uobičajene svetlosne tačke videti šta zapravo leti - avion, raketa, jato ptica ili meteorit, vredi ponoviti, čak i hiljadama kilometara od radara “, - ranije je izvestio sajt RG (Русское оружие, prim. Kubovac)

Izvor: https://russiadaily.news/russia/1063-russia-completes-tests-of-a-photonic-radar-to-search-for-stealth-targets

[Kubovac]

U poslednjih nekoliko godina, mnogo se piše i govori o konstruisanju "optičkih" radara, koji će biti "imuni" na ometanja, koji će imati veliki domet osmatranja, veliku preciznost u određivanju parametara i identifikaciju objekta u vazdušnom prostoru i koji neće imati posebnih problema u detekciji letelica sa smanjenom vidljivošću.

Govori se o ROFAR-u, Radarskoj Optičkoj Faznoj Antenskoj rešetci. U narednih par tekstova, pokušaću ukratko da objasnim kako bi taj radar trebao da izgleda i da funkcioniše, do nivoa mog znanja, uz napomenu da su ovi radari i ova tehnologija još uvek u razvoju i da funkcionionalni ROFAR još nije u upotrebi ni kod jedne oružane sile sveta....

[Kubovac]

Ono što je posebno impresivno je to što radar tipa ROFAR, jednom kada bude konstruisan onako kako ga zamišljaju, gotovo da nema granica u snazi i u preciznosti detekcije cilja na velikim daljinama, sve dotle da se čak može (kao u filmovima) i napraviti računarska 3D projekcija cilja(eva)....

Izgled antenske rešetke je veoma sličan kao kod matričnih radara, jer to i jeste suštinski matrični radar.

Fotonski radar se bazira na principima kao što su talasno-korpuskularna ("čestična") priroda svetla. Svetlo je kombinacija fotona i elektromagnetnog talasa.
Ako klasičan radar radi na principu ozračivanja i sintetičke aperture (otvora) u radarskom talasnom području, onda fotonski radi na sličnom principu, sa svetlosnim talasima i naravno fotonima.

Takođe, mnoštvo signala, višekanalnost i višefrekventnost, kao i njihova brzina obrade se poboljšavaju upotrebom optičkih vlakana.

ROFAR kao "Radarska fotonska fazna rešetka sa vremenskim kašnjenjem" (moj slobodan prevod funkcionalnog sistema), funkcioniše tako da se svetlosni signal šalje putem optičkih vlakana različitih dužina, koji zamenjuju "phase shiftere" tj. pomerače faza koje imamo kod PESA i AESA radara i koji svojim načinom rada sužavaju frekventni opseg rada radara. Vreme koje talasi putuju kroz optička vlakna različite dužine, zamenjuje tu funkciju i vrši je kroz to "vremensko kašnjenje" kroz vlakna različitih dužina. Na ovaj način radar može raditi u znatno širem frekventnom opsegu i to mu omogućava znatno veću otpornost na ometanje, znatno kvalitetnije rezolucije podataka i smanjenje ukupne težine radara i prateće opreme.

Radar koristi i fizikalni fenomen "kvantnog sprezanja" i to tako što se svaki emitovani signal (foton), deli na 2 para optičkih signala "na izvoru" (optički delioc ili OC), od kojih je jedan referentni, niže je frekvencije, nalazi se u elektro-optičkom modulatoru i služi kao "reper" koliko treba linearno frekventno sniziti (modulirati- usporiti) drugi signal prethodno pojačan (4 puta) da bude visoko-frekventni signal koji se emituje u prostor i reflektuje od cilja i prima na prijemnoj anteni, a da bi se on mogao optičkim vlaknima preneti do analogno-digitalnog konvertora (ali prethodno konvertovanog i usporenog u električni signal) i dalje na pokazivače i u sistem upravljanja vatrom. Takođe, u elektro-optičkom modulatoru vrši se fazna modulacija tog referentnog signala sa pojačanim signalom reflektovanim od cilja uz dodatak vremenskog kašnjenja od momenta slanja signala u prostor kroz emiter i prijema reflektovanog signala od cilja u optičkom modulatoru, radi određivanja parametara cilja....

Ovakav prelaz na optiku i radiofotonske signale je izvestan skok prema nekoj budućoj "6G" mreži, a ceo princip rada ovih radara značajno podiže kvalitet do granica za koje mnogi (Rusi) kažu da će "stealth" biti potpuno beskoristan i deklasiran, mada se ova ispitivanja tek trebaju praktično vršiti....

ROFAR - potencijalni izgled antenske rešetke:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Kubovac]

Glavna odlika radara je da će biti u mogućnosti jedan svetlosni signal kontinualnog talasa (CW) sa laserske diode od recimo 5,5 GHz sa frekventnom širinom od 2 GHz, dovoljno frekventno linearno sniziti da on može biti prenošen optičkim kablovima sve do konvertora u električni signal i zatim do odgovarajućeg pojačavača koji signal može pojačati i do 18 - 26 GHz i poslati ga preko predajnika odnosno feed horn antene koja radi u K-bandu, sa stopom ponavljanja od 1 MHz. Vidimo da se i frekventna širina učetvorostručila sa početno generisanih 2 GHz na čak 8 GHz.

Reflektovani signal se vraća na drugu antenu koja je prijemnik. Primljeni signal se pojačava i zatim prosleđuje u odgovarajući elektro-optički fazni modulator odakle se opet kao sniženi signal prenosi optičkim kablovima do konvertora u električni signal i pojačava i zatim nastavlja do analogno-digitalnog konvertora i konačno do odgovarajućeg pokazivača u kabini pilota.

Skica dole: Princip generisanja, snižavanja i protoka IF-LFM signala (srednjeg linearno-frekventno modulisanog)

Legenda uz skicu:

DPMZM: dual-paralelni Mach-Zehnderov modulator; PD: photo-detektor; PM: elektro-optički fazni modulator; OBPF: optički pojasni filter; ELPF: električni nisko-propusni filter; ADC: analogno-digitalni konvertor, EA-1: električni pojačivač, EA-2: električni pojačivač, PD1: optičko-električni konvertor, PD2: optičko-električni konvertor, PM- frekventni modulator optičkog signala

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Kubovac]

Ima još jedan detalj, vezan za razvoj "fotonskih" radara koji sam zapazio i koji je veoma interesantan. Variranjem frekvencije emitujućeg signala, u momentu kad se neki cilj "uhvatio", može se prvo nižim frekvencijama zahvatiti spoljna kontura cilja, pa prelaskom na više frekvencije se prodire dublje u objekat, praveći pri tom njegov "rendgenski snimak". Frekvencije su naravno iz svetlosnog opsega.

Radar predstavlja praktično skup lasera duž matrične rešetke.

Prolaskom kroz kristale, svetlosni signal se polarizuje na emiteru, a na prijemu se opet kristalima polarizuje poprečna i podužna komponenta reflektovanog signala. Na takav način, otežava se i stvaranje lažnih ciljeva.

Svi zraci predstavljaju amplitudsku modulaciju osnovnog signala. Veoma zanimljivo, jer je radar u fotonskom opsegu gotovo neuhvatljiv. Nema bočnih lepeza, a zahvaljujući brzini sistema, celo prostranstvo se veoma brzo pretraži.

Svetlosni signali se nakon fazne modulacije, brisanja šumova, pojačavanja snage svetlosnih signala i pročišćenja od "nekorisnih" signala, konvertuju u električne signale i prosleđuju u analogno-digitalni konvertor i procesor (korisnih) signala.

3D "rendgenski" prikaz letelice detektovane ROFAR-om:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Kubovac]

Šta su tu velike prednosti kod ROFAR-a?

Kod mehaničkih ili čak i PESA i AESA radara, radari koji rade u K-bandu (od 20 -40 GHz) imaju veoma dobru rezoluciju ali na kraćim dometima. Obično se upotrebljavaju u aktivnim radarima raketa V-V u završnih 15-20 km. Ti radari imaju širinu radnih frekvencija od cca 200 MHz i rezoluciju po daljini do cca 15 cm.

Ovi fotonski radari ROFAR mogu funkcionisati u K-bandu, od 20-40 GHz sa širinom radnog opsega od čak 4-8 GHz i imati preciznost po daljini od cca 1 cm, uz velike moguće domete otkrivanja.

Takođe, treba reći da ni ovo nisu krajnja ograničenja jer ona zavise samo od elektro-optičkih faznih modulatora i elektro-optičkih konvertora i mogu potencijalno funkcionisati i na frekvencijama od više stotina GHz i kao što sam napisao, mogu čak i prikazati 3D projekciju cilja(eva) na odgovarajućem pokazivaču u kabini.

Takođe, moguće je i promeniti početne parametre generisanog početnog signala (Linearno-frekventno modulisanog LFM) sa 5,5 GHz na recimo 7,5 Ghz ili čak i više. Ovo povećava daljinu otkrivanja, brzinu slanja signala, a malo snižava frekventnu širinu koja se kreće od cca 4 - 8 GHz.

I sve ovo može biti kombinovano automatski tokom rada radara, bukvalno gotovo svaki signal može biti sa izmenjenim početnim generisanim signalom što na predajnu antenu u K-bandu dovodi signal od 20 - 40 GHz naizmenično ili po nekom šablonu.

Pored ovoga, ovaj ROFAR se može i kombinovati sa klasičnim AESA radarima, bilo podelom matrice, bilo čak uključivanjem u sastav primopredajnih modula AESA radara.

ROFAR odnosno radari bazirani na radio-fotonskoj tehnici će biti višestruko lakši, brži u radu, znatno otporniji na ECM, otporniji na elektro-magnetne oluje.

[Kubovac]

Koji su problemi u razvoju ROFAR?

Ovde smo do sada naveli velike i značajne prednosti ROFAR-a u odnosu na "klasične elektromagnetne radare", pa čak i u odnosu na trenutno najsavremeniji tip radara u upotrebi - AESA Radar.

Međutim, postoje i problemi.

Prvi i osnovni problem je kako konstruisati lasersku diodu koja će biti dovoljno malih dimenzija da se može smestiti u pokretni radar PVO sistema ili u radar aviona-lovca, a da pritom radar može emitovati signal srednjeg ili velikog dometa sa velikom preciznošću određivanja parametara i kvalitetnom rezolucijom. Znači, za sada, ovakvi radari bi verovatno bili prevelikih dimenzija i mogli bi se koristiti u sistemima VOJiN i eventualno ranog javljanja i upozoravanja, ali ta glomaznost i verovatno i statičnost svakako ne bi bila prednost.

Sa druge strane, Ultra-visoke frekvencije (čak i preko 100 GHz) koje radar emituje u radio-fotonskom spektru, su kao i kod klasičnih elektromagnetskih talasa, osetljive na atmosferske prilike poput kiše i vlage u vazduhu, guste magle i slično. U tom smislu je još uvek pitanje efikasnog dometa po daljini, na tim najvišim frekvencijama, koje omogućuju većinu prednosti koje sam ovde navodio.

Dakle, svakako će ovde biti još dosta posla pre nego ovaj tip radara bude zaživeo kao operativni tip radara za PVO sisteme i avionske sisteme kod lovaca i letećih komandnih centara.

[PakleniVuk]

Kako shvatam ovo je kombinacija AESA radara i LIDARa? A ovo poslednje o problemima navodi na zaključak da će GaN biti potreban i u ovom slučaju jer se od njega proizvode led diode (pitanje je da li će te nove diode biti od GaN pošto ih tek treba izmisliti ali...) .