WikiDer > Многофункциональный радар с фазированной решеткой

Multifunction Phased Array Radar
Многофункциональный радар с фазированной решеткой
Par installation.jpg
MPAR устанавливается в 2003 году.
Страна происхожденияСоединенные Штаты Америки
Введено2003
Нет. построен1
ТипПогода / радар воздушного движения
Частота3200 МГц (Группа S)
PRF918 Гц
Ширина лучаборта 1,6 ° - 2,2 ° при 45 °[1]
Ширина импульсаНастраивается до 2,5 мкс
Об / минС механическим управлением
Высота360 м (1180 футов)
Диаметр3,7 м (12 футов)
АзимутС механическим управлением - ожидается более 4 антенн с оперативным развертыванием
Высотадо 60º
Мощность750 кВт

Многофункциональный радар с фазированной решеткой (MPAR) был экспериментальным Допплер радар система, которая использовала фазированная решетка технологии. MPAR может сканировать под углами до 60 градусов по высоте и одновременно отслеживать метеорологические явления, биологические летательные аппараты, самолеты, не работающие в сотрудничестве, и воздушное движение. С 2003 по 2016 год на материковой части Соединенных Штатов действовал один действующий MPAR - перепрофилированный AN / SPY-1A радар передан в аренду NOAA посредством ВМС США.[2] MPAR был выведен из эксплуатации и снят в 2016 году.

NOAA и FAA планируют в конечном итоге списать их NEXRAD, TDWR и ASR радаров в пользу нескольких сотен радаров с фазированной антенной решеткой, концептуально подобных MPAR.[3]

История

MPAR был создан на базе корабельной РЛС ВМС США AN / SPY-1. Первая услуга появилась в 1973 году, когда она была установлена ​​на USS Norton Sound, AN / SPY-1 стал стандартным радаром воздушного поиска ВМС США и ВМС США. несколько других союзные страны. Во время использования было обнаружено, что частота ложных срабатываний была высокой из-за того, что радар обнаруживал стаи насекомых и беспорядок с близлежащей горной местности.[4] Хотя для военных проблематично противовоздушная оборона радар, это идеально для метеорологический радар, и сделали радары с фазированной антенной решеткой главным кандидатом для внедрения в метеорологический спектр. Так как разные версии семейства AN / SPY возникло в 1990-х годах, в 2003 году ВМС США предоставили NOAA излишки радиолокатора AN / SPY-1A для проведения метеорологических исследований. NOAA построила башню и пьедестал для размещения антенны и ее компонентов на Национальная лаборатория сильных штормов в Норман, Оклахома.[5][6]

Развертывание и использование

31 мая 2013 г., Оклахома, отражающая способность радара с фазированной решеткой

Обычные радары обычно используют большие, параболическая тарелка чтобы сфокусировать луч радара, и полагаться на двигатели для перемещения антенны азимут и возвышение. Напротив, фазированные решетки антенная решетка, состоящий из множества небольших антенн на плоской панели, которые управляют лучом радара электронным способом, изменяя фаза сигнала, излучаемого каждым антенным элементом. Сигналы от каждого элемента складываются в желаемом направлении и нейтрализуются в других направлениях, явление, известное как вмешательство. Эта возможность может избавить от необходимости в двигателях и движущихся частях, что увеличивает надежность и может снизить стоимость системы.[7] Однако углы, под которыми плоская фазированная решетка может направлять свой луч, ограничены максимумом примерно 120 °, причем 90 ° более реалистичны. Это означает, что для обеспечения полного покрытия на 360 ° требуются четыре панели, установленные под прямым углом друг к другу, или меньшее количество панелей (даже только одна), установленных на вращающейся подставке, как в случае обычного радара-тарелки.[8] Альтернативой является создание радара из множества высоких, но узких антенных полос, расположенных в цилиндре.[8]

С 2003 по 2016 год MPAR составлял основу Национального испытательного стенда метеорологических радиолокаторов (NWRT), который использовался в качестве проверочного теста для проверки метеорологического потенциала радаров с фазированной антенной решеткой. MPAR обеспечивает гораздо более быстрое сканирование объемов, всестороннее профилирование ветра и более полную информацию для сверхклеточный структура, одновременно отслеживая самолет.[9] Из-за временное разрешение в диапазоне от 30 до 60 секунд, а решение для сканирования в один сектор, используемое MPAR, время предупреждения о сильном шторме и торнадо увеличилось на 8 минут по сравнению с уже существующими 13 минутами.[10][11]

Один недостаток MPAR по сравнению с развернутыми в настоящее время NEXRAD радаров, было то, что MPAR не поддерживал двойная поляризация- полярная ориентация луча радара. Технология двойной поляризации использует тот факт, что падение капли дождя имеют уплощенную форму в результате сопротивления воздуха и, таким образом, возвращают другой сигнал в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной.[12] Точно так же 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 природе обнаруженных осадков. Поляриметрический радар обеспечивает улучшенное обнаружение торнадо, измерение интенсивности дождя, распознавание типа осадков и многое другое.[13][14][15] Возможность двойной поляризации была внедрена в существующие радары NEXRAD с 2011 года и была завершена к апрелю 2013 года.[16] MPAR, разработанный в 1970-х годах, 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 вести наблюдение за воздушным движением - это была первоначальная роль мощных радаров AN / SPY-1, на основе которых был создан MPAR. Возможность обнаруживать и отслеживать воздушные суда при одновременном наблюдении за погодой привлекла внимание FAA, которое использует многочисленные радары для управления воздушным движением (например, серии ASR), а также локализованные метеорологические радары вблизи аэропортов (блоки TDWR) для обнаружения опасностей. к самолетам, таким как стаи птиц, сдвиг ветра, и микровзрывысреди другие.[19] Девять различных моделей радара с тарелкой можно заменить одним радаром с фазированной антенной решеткой.[20] Объединение этих различных типов радаров и их функций в одну модель приведет к экономии затрат за счет сокращения до одной трети необходимых радаров, упрощения обучения и технического обслуживания, а также повышения надежности за счет унификации запасных частей.[19][21]

Пенсия и преемник

Хотя MPAR был мощным радаром с уникальными характеристиками, недоступными для обычных метеорологических радаров и радаров наблюдения за воздухом, это была старая конструкция, в которой использовались старые детали, и возможности модернизации его оборудования были сильно ограничены; по многим параметрам он уступал обычным РЛС. Чтобы освободить место для более совершенного радара, 26 августа 2016 года MPAR был выведен из эксплуатации и удален из башни.[22]

Плоскопанельная антенна Advanced Technology Demonstrator

Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института возглавил проект по разработке преемника MPAR с двойной полярностью, учитывающий многие уроки, извлеченные из разработки и эксплуатации MPAR.[21] Прототип, получивший название Демонстратор передовых технологий (ATD), была установлена ​​12 июля 2018 года на башне, в которой раньше размещался MPAR, и ожидается, что она будет полностью введена в эксплуатацию в 2019 году.[22][23] Как и MPAR, радар ATD является Группа S плоскопанельная фазированная решетка с полем зрения 90 °. Он состоит из 76 квадратных панелей, каждая с 64 излучающими элементами (всего 4864 элемента), установленных на 14-футовой (4,3 м) антенне и установленных на вращающейся подставке, аналогичной тем, которые используются в спутниковых антеннах NEXRAD.

использованная литература

  1. ^ Боровская, Леся; Чжан, Гуйфу; Зрнич, Душан С. (2015). "Соображения по поводу передискретизации по азимуту на метеорадаре с фазированной решеткой". Журнал атмосферных и океанических технологий. 32 (9): 1614–1629. Bibcode:2015JAtOT..32.1614B. Дои:10.1175 / JTECH-D-15-0018.1.
  2. ^ «Многофункциональный радар с фазированной решеткой». Национальная лаборатория сильных штормов NOAA. Получено 2019-02-02.
  3. ^ «Инструменты исследования: многофункциональный радар с фазированной решеткой». nssl.noaa.gov. Получено 2017-09-26.
  4. ^ Фридман, Н. (2006). Руководство военно-морского института по мировым военно-морским системам вооружения. Издательство Военно-морского института. п. 316. ISBN 9781557502629. Получено 2017-09-26.
  5. ^ «Радар». Национальная лаборатория сильных штормов NOAA. Получено 2019-02-02.
  6. ^ Хондл, Курт (25 февраля 2015 г.). «Обзор многофункционального радара с фазированной решеткой (MPAR)» (PDF). Национальная лаборатория сильных штормов. Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-10-05. Получено 2019-02-02.
  7. ^ "Технико-экономическое обоснование будущего метеорологического доплеровского радара" (PDF). Управление Федерального координатора метеорологического обслуживания и вспомогательных исследований. 2004-02-26. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-06-29. Получено 2019-02-01.
  8. ^ а б «Многофункциональный радар с фазированной антенной решеткой и радар с цилиндрической поляризованной решеткой - отчет для Конгресса» (PDF). 2015. Архивировано с оригинал (PDF) на 2019-02-01. Получено 2019-02-02.
  9. ^ «Стенды». Национальная лаборатория сильных штормов NOAA. Получено 2019-02-02.
  10. ^ Джон Чо и Шон Даффи (28.07.2011). «Многофункциональный радар с фазированной решеткой (MPAR)» (PDF). Получено 2017-09-26.
  11. ^ Хейнсельман, Памела (14 августа 2012 г.). «Изучение воздействия данных радара быстрого сканирования на решения по предупреждению NWS». Погода и прогнозирование. 27 (4): 1031–1044. Bibcode:2012WtFor..27.1031H. Дои:10.1175 / waf-d-11-00145.1.
  12. ^ «Двойной поляризованный радар». Национальная лаборатория сильных штормов NOAA. Получено 2019-02-02.
  13. ^ «Вопросы и ответы по обновлению радара с двойной поляризацией» (PDF). Центр управления радаром. 13 августа 2012. Архивировано с оригинал (PDF) 30 мая 2018 г.. Получено 2 февраля 2019.
  14. ^ "Страница поляриметрического радара". CIMSS. 2003-02-17. Архивировано из оригинал на 2018-08-22. Получено 2019-02-02.
  15. ^ Кэри, Ларри (31.08.2004). «Лекция о поляриметрическом радаре». Техасский университет A&M. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-03. Получено 2019-02-02.
  16. ^ «Национальная метеорологическая служба NOAA завершает модернизацию доплеровского радара | Национальное управление океанических и атмосферных исследований». www.noaa.gov. Получено 2019-02-02.
  17. ^ Джерри Крейн (01.11.2006). «Поляризация для метеорологических радиолокаторов с фазированной решеткой» (PDF). Получено 2017-09-26.
  18. ^ «Отчет о программе многофункциональных радаров с фазированной решеткой за 2016 финансовый год для Конгресса» (PDF). Национальная лаборатория сильных штормов. 2017. Архивировано с оригинал (PDF) на 2017-08-28. Получено 2019-02-02.
  19. ^ а б Херд, Джеффри (2012-10-18). "MPAR Proof of Concept Demonstrator". Возможности контрактов с Федеральным авиационным управлением. Архивировано из оригинал на 2018-06-20. Получено 2017-09-26.
  20. ^ "Серия технических семинаров | Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института". www.ll.mit.edu. Получено 2019-02-02.
  21. ^ а б "Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института: Погодные системы FAA: MPAR". www.ll.mit.edu. Архивировано из оригинал на 2016-06-08. Получено 2017-09-26.
  22. ^ а б «Установка СЗРТ АТД». wdssii.nssl.noaa.gov. Получено 2019-02-02.
  23. ^ «Демонстратор передовых технологий». Национальная лаборатория сильных штормов NOAA. Получено 2019-02-02.