Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

Radary pasywne - nowa technika radiolokacji
mgr inż. ZBIGNIEW CZEKAŁA
Centrum Naukowo-Produkcyjne Elektroniki Profesjonalnej RADWAR SA
Termin „radar pasywny” bywa używany niezbyt precyzyjnie
w odniesieniu do sensorów, które wykrywają i lokalizują
obiekty powietrzne na podstawie promieniowania elektromagnetycznego
emitowanego przez zainstalowane na nich
urządzenia, takie jak radary pokładowe, radiostacje, transpondery
systemu rozpoznawania „swój-obcy”. Dobrze znanymi
sensorami tego typu są urządzenia Tamara i Vera
produkcji czeskiej, a kilka lat temu szczególne zasłynął ukraiński
system Kolczuga. Niefortunność terminologii polega tu
na tym, że tego typu urządzenia w istocie nie są radarami,
gdyż nie wykorzystują energii odbitej od wykrywanych obiektów,
tylko energię bezpośrednio przez nie emitowaną. Chociaż
z pierwotnego znaczenia angielskiego terminu „radar”
jako skrótu od radio detection and ranging nie wynika niezbędność
wykorzystywania energii odbitej, podobnie jak nie
wynika to z terminu „radiolokacja”, to jednak w tejże radiolokacji
występują tak podstawowe pojęcia jak: „echo” czy „skuteczna
powierzchnia odbicia”, które jednoznacznie wskazują
na to, że nie każde urządzenie lokalizujące obiekty przy pomocy
fal radiowych jest radarem. Z drugiej strony echo radarowe
nie musi być efektem promieniowania własnego
nadajnika radaru. Jeśli jest „okazja” wykorzystania ech spowodowanych
promieniowaniem różnorodnych nadajników
funkcjonujących w otoczeniu, to niewątpliwie można to uznać
jako „czystą” radiolokację, a radar który z takiej okazji korzysta
- radarem pasywnym.
W odróżnieniu od wspomnianych na początku urządzeń
„nasłuchowych”, które funkcjonują od dziesięcioleci, prawdziwa
radiolokacja pasywna jest ciągle w stadium narodzin,
gdyż wymaga ona poziomu techniki dostępnego dopiero
w ostatnich latach. Tego typu radary są określane zamiennie
dwoma terminami angielskimi: Passive Coherent Location
(PCL) lub Passive Covert Radar (PCR). Pierwszy tłumaczy
się jako „pasywna radiolokacja koherentna” i wskazuje na
stosowaną technikę, a drugi jako „pasywny radar skryty”, co
podkreśla jego walory jako radaru trudno wykrywalnego.
Celem tego artykułu jest przybliżenie technicznych rozwiązań
radaru pasywnego, dlatego zasadne będzie posługiwanie się
skrótem PCL.
Radar pasywny
Radar pasywny to taki, który nie ma własnego nadajnika, lecz
jakby „pasożytniczo” wykorzystuje tzw. okazjonalne źródła
promieniowania elektromagnetycznego. Współczesna cywilizacja
wytworzyła wiele takich źródeł: nadajniki telewizji i radiofonii,
stacje bazowe telefonii komórkowej - by wymienić
najbardziej na co dzień użyteczne. Ich dość gęsta sieć stwarza
korzystne warunki dla budowy radarów pasywnych. Sama
idea radaru pasywnego nie jest nowa i podobnie jak wiele innych
pomysłowych rozwiązań została wypróbowana już u zarania
rozwoju radiolokacji.
W roku 1935 w Wielkiej Brytanii słynny Sir Robert Watson-
Watt, jeden z pionierów radiolokacji, w miejscowości Daventry
zademonstrował wykrywanie bombowca Heyford na
odległości ok. 15 km przez obserwację jego echa w wyniku
opromieniowania przez nadajnik rozgłośni krótkofalowej BBC
Empire znajdujący się w odległości ok. 10 km. Ten eksperyment
zrobił duże wrażenie na Komitecie Badań Naukowych
dla Obrony Powietrznej w ówczesnym brytyjskim Ministerstwie
Spraw Powietrznych (Air Ministry), który niezwłocznie
wyasygnował sumę 10 tysięcy funtów na poważne wsparcie
opracowania radaru. W ciągu roku zespół Watsona Watta
opracował radar aktywny z nadajnikiem o mocy 200 kW,
zdolny do wykrywania samolotów z odległości 180 km.
Eksperyment z Daventry był pierwszym brytyjskim eksperymentem
radarowym, a zarazem pierwszą próbą radaru pasywnego
wykorzystującego okazjonalny nadajnik do
wykrywania obiektów powietrznych. Ze względu na właściwe
dla takiego systemu trudności, o których będzie mowa w tym
artykule, uzyskany zasięg wykrywania był niewielki, a ponadto
ten system potrafił tylko pokazać obecność echa samolotu,
nie był jednak w stanie wskazać jego położenia. W czasie drugiej
wojny światowej Niemcy wykorzystywali ideę radaru pasywnego,
budując urządzenia „Klein Heidelberg”, które
wykorzystywały sygnały emitowane z angielskich radarów
CHAIN HOME. Po wojnie, ze względu na trudności realizacji
radarów pasywnych, idea wykorzystania przypadkowych nadajników
w radiolokacji została zarzucona i przez następne
pół wieku traktowana jako historyczna osobliwość w rozwoju
radiolokacji, a badania skoncentrowały się na radarach z nadajnikami
impulsowymi. Do jej wskrzeszenia przyczyniła się
firma IBM, która na początku lat 80. XX wieku opracowała prototyp
radaru pasywnego zdolny do wykrywania i śledzenia samolotów
w czasie nierzeczywistym w wyniku analizy ech
nadajnika telewizyjnego. Od tamtego czasu obserwuje się
wzrost zainteresowania radarem pasywnym.
Powrót do idei radaru pasywnego wynika z jednej strony
z szybkiego rozwoju elektroniki, a z drugiej strony z oczekiwań
związanych z wykrywaniem samolotów „niewidzialnych”
(stealth) dla klasycznych radarów. To oczekiwanie wiąże się
z bistatyczną konfiguracją takiego radaru oraz faktu, że wykorzystuje
on głównie nadajniki emitujące fale w pasmach
VHF i UHF, gdzie technika stealth wydaje się być znacznie
mniej skuteczna.
Technika PCL
Dla tych, którzy zetknęli się praktycznie z klasyczną techniką
radiolokacji, a zwłaszcza tych, którzy przywiązali się do powszechnie
prezentowanych opisów funkcjonowania radaru,
PCL może na początku zdawać się wywracać ich wyobrażenia
do góry nogami. Wszyscy wiedzą, że „normalny” radar wysyła
w przestrzeń krótki impuls fali elektromagnetycznej o znanych
parametrach, tzn. częstotliwości nośnej i szerokości, a następnie
czeka na odbiór jego mikroskopijnej kopii, czyli echa.
Mierząc czas tego oczekiwania, określa odległość obiektu, od
którego nadeszło echo. Znajomość parametrów wysłanego impulsu
jest tu kluczowa, gdyż pozwala dostroić radar do odbioru
tylko jego ech, eliminując bardziej lub mniej skutecznie inne
sygnały zakłócające, zaś moment wysłania impulsu jest oczywiście
niezbędny, aby zacząć mierzyć czas oczekiwania na
echo. Wszystko tu jest zrozumiałe i logiczne. PCL rzeczywiście
wywraca ten uporządkowany obraz.
100 ELEKTRONIKA 11/2009