Многофункциональный радар с фазированной решеткой
 MPAR устанавливается в 2003 году. | |
| Страна происхождения | олень |
|---|---|
| Представлено | 2003 |
| № построено | 1 |
| Тип | Метеорологический/радиолокационный радар воздушного движения |
| Частота | 3200 МГц ( диапазон S ) |
| ПРФ | 918 Гц |
| Ширина луча | поперечный угол 1,6° - 2,2° при 45° [ 1 ] |
| Ширина импульса | Регулируется до 2,5 мкс |
| об/мин | Механическое управление |
| Высота | 360 м (1180 футов) |
| Диаметр | 3,7 м (12 футов) |
| Азимут | Механическое управление: при оперативном развертывании ожидается более 4 антенн. |
| Высота | до 60° |
| Власть | 750 кВт |
Многофункциональный радар с фазированной решеткой (MPAR) представлял собой экспериментальную доплеровскую радиолокационную систему, в которой использовалась фазированной решетки технология . MPAR может сканировать под углами до 60 градусов по высоте и одновременно отслеживать метеорологические явления, биологические летательные аппараты, несотрудничающие самолеты и воздушное движение . С 2003 по 2016 год на территории материковой части Соединенных Штатов действовал один MPAR — перепрофилированная радиолокационная установка AN/SPY-1A, предоставленная NOAA США в аренду ВМС . [ 2 ] MPAR был выведен из эксплуатации и демонтирован в 2016 году.
NOAA и FAA планируют в конечном итоге вывести из эксплуатации свои радары NEXRAD , TDWR и ASR в пользу нескольких сотен радаров с фазированной решеткой, концептуально аналогичных MPAR. [ 3 ]
История
[ редактировать ]MPAR был создан на основе корабельного радара ВМС США AN/SPY-1. Впервые появившись на вооружении в 1973 году, когда он был установлен на авианосце USS Norton Sound , AN/SPY-1 стал стандартным радаром воздушного поиска ВМС США и военно-морских сил ряда других союзных стран. Во время использования было обнаружено, что уровень ложных тревог был высоким из-за того, что радар обнаруживал рои насекомых и помехи от близлежащей гористой местности. [ 4 ] Хотя это проблематично для военного радара ПВО , оно идеально подходит для метеорологического радара и сделало радары с фазированной антенной решеткой главным кандидатом на внедрение в метеорологическом спектре. Поскольку в 1990-е годы возникли различные версии семейства AN/SPY, в 2003 году ВМС США предоставили NOAA в аренду излишек радара AN/SPY-1A для метеорологических исследований. NOAA построило башню и постамент для размещения антенны и ее компонентов в Национальной лаборатории сильных штормов в Нормане, штат Оклахома . [ 5 ] [ 6 ]
Развертывание
[ редактировать ]
Обычные радары обычно используют большую параболическую тарелку для фокусировки луча радара и полагаются на двигатели для перемещения тарелки по азимуту и углу места. Фазированные решетки, напротив, представляют собой антенную решетку , состоящую из множества небольших антенн на плоской панели, которые управляют лучом радара электронным способом, изменяя фазу сигнала, излучаемого каждым антенным элементом. Сигналы от каждого элемента складываются в нужном направлении и нейтрализуются в других направлениях — явление, известное как интерференция . Эта возможность может устранить необходимость в двигателях и движущихся частях, что повышает надежность и может снизить стоимость системы. [ 7 ] Однако углы, под которыми плоская фазированная решетка может направлять свой луч, ограничены максимум примерно 120°, причем 90° более реалистичны. Это означает, что для обеспечения полного покрытия на 360° необходимы четыре панели, установленные под прямым углом друг к другу, или меньше панелей (даже одна), установленных на вращающемся постаменте, как в случае с обычным тарельчатым радаром. [ 8 ] Альтернативный вариант — построить радар из множества высоких, но узких антенных полос, расположенных в виде цилиндра. [ 8 ]
С 2003 по 2016 год MPAR составлял основу Национального испытательного стенда метеорологических радиолокаторов (NWRT), который использовался в качестве экспериментального испытания для проверки метеорологического потенциала радаров с фазированной решеткой. MPAR обеспечил гораздо более быстрое объемное сканирование, комплексное профилирование ветра и более полное представление о надклеточной структуре, одновременно отслеживая самолеты. [ 9 ] Благодаря временному разрешению от 30 до 60 секунд и решению односекторного сканирования, используемому MPAR, время ожидания предупреждения о сильном шторме и торнадо увеличилось на целых 8 минут с уже существующих 13 минут. [ 10 ] [ 11 ]
Одним из недостатков MPAR по сравнению с радарами NEXRAD , используемыми в настоящее время , было то, что MPAR не поддерживал двойную поляризацию , то есть полярную ориентацию луча радара. Технология двойной поляризации использует тот факт, что падающие капли дождя имеют сплющенную форму из-за сопротивления воздуха и, таким образом, возвращают другой сигнал в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной. [ 12 ] Аналогичным образом, 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 характере обнаруженных осадков. Поляриметрический радар обеспечивает улучшения в обнаружении торнадо, измерении интенсивности осадков, распознавании типов осадков и т. д. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Возможность двойной поляризации была внедрена в существующие радары NEXRAD начиная с 2011 года и была завершена к апрелю 2013 года. [ 16 ] MPAR, будучи разработкой 1970-х годов, не имел поляриметрических возможностей, и его модернизация была бы дорогостоящей, если вообще возможной. [ 17 ] [ 18 ] Это ограничение было устранено в преемнике MPAR (см. раздел ниже).
Неметеорологические применения
[ редактировать ]Помимо метеорологических наблюдений, MPAR был способен осуществлять наблюдение за воздушным движением — это была первоначальная роль мощных радаров AN/SPY-1, на основе которых был создан MPAR. Возможность обнаруживать и отслеживать самолеты, одновременно следя за погодой, привлекла внимание ФАУ, которое эксплуатирует многочисленные радары для управления воздушным движением (например, серии ASR), а также локализованные метеорологические радары вблизи аэропортов (блоки TDWR) для обнаружения опасностей. на самолеты, такие как стаи птиц , сдвиг ветра и микропорывы , среди прочего . [ 19 ] Девять различных моделей радаров на базе тарелок могут быть заменены одним радаром с фазированной решеткой. [ 20 ] Объединение этих различных типов радаров и их функций в одну модель приведет к экономии средств за счет сокращения до одной трети количества необходимых радаров, оптимизации обучения и технического обслуживания, а также повышения надежности за счет унификации запасных частей. [ 19 ] [ 21 ]
Выход на пенсию и преемник
[ редактировать ]Хотя MPAR представлял собой мощный радар с уникальными функциями, недоступными обычным метеорологическим радарам и радарам воздушного наблюдения, это была старая конструкция, в которой использовались старые детали, и потенциал модернизации его оборудования был строго ограничен; по многим параметрам он уступал обычным радарам. Чтобы освободить место для более совершенного радара, 26 августа 2016 года MPAR был выведен из эксплуатации и удален из конструкции башни. [ 22 ]
Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института возглавила проект по разработке преемника двухполярного MPAR, в котором были учтены многие уроки, извлеченные из разработки и эксплуатации MPAR. [ 21 ] Прототип, получивший название « Демонстратор передовых технологий» (ATD), был установлен 12 июля 2018 года на башне, где раньше размещался MPAR, и, как ожидается, он будет полностью введен в эксплуатацию в 2019 году. [ 22 ] [ 23 ] [ нужно обновить ] Как и MPAR, радар ATD представляет собой плоскую фазированную решетку S-диапазона с полем зрения 90°. Он состоит из 76 квадратных панелей, каждая из которых содержит 64 излучающих элемента (всего 4864 элемента), расположенных на антенне длиной 14 футов (4,3 м) и установленных на вращающемся постаменте, аналогичном тем, которые используются в зеркальных антеннах NEXRAD. [ 24 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Боровская, Леся; Чжан, Гуйфу; Зрнич, Душан С. (2015). «Соображения относительно передискретизации по азимуту на метеорологическом радаре с фазированной решеткой» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 32 (9): 1614–1629. Бибкод : 2015JAtOT..32.1614B . doi : 10.1175/JTECH-D-15-0018.1 .
- ^ «Многофункциональный радар с фазированной решеткой» . Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Инструменты исследования: Многофункциональный радар с фазированной решеткой» . nssl.noaa.gov . Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ Фридман, Н. (2006). Путеводитель военно-морского института по мировым системам военно-морского вооружения . Издательство Военно-морского института. п. 316. ИСБН 9781557502629 . Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ «Радар» . Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Хондл, Курт (25 февраля 2015 г.). «Обзор многофункционального радара с фазированной решеткой (MPAR)» (PDF) . Национальная лаборатория сильных штормов . Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2018 г. Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Технико-экономическое обоснование будущего метеорологического доплеровского радара» (PDF) . Офис федерального координатора метеорологического обслуживания и поддержки исследований . 26 февраля 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 29 июня 2017 г. Проверено 1 февраля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Многофункциональный радар с фазированной решеткой и радар с фазированной решеткой с цилиндрической поляризацией - отчет Конгрессу» (PDF) . 2015. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2019 г. Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Испытательные стенды» . Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Джон Чо и Шон Даффи (28 июля 2011 г.). «Многофункциональный радар с фазированной решеткой (MPAR)» (PDF) . Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ Хайнзельман, Памела (14 августа 2012 г.). «Изучение влияния радиолокационных данных быстрого сканирования на решения о предупреждениях NWS» . Погода и прогнозирование . 27 (4): 1031–1044. Бибкод : 2012WtFor..27.1031H . дои : 10.1175/waf-d-11-00145.1 .
- ^ «Двойной поляризационный радар» . Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Вопросы и ответы по переходу на радар с двойной поляризацией» (PDF) . Центр радиолокационной эксплуатации . 13 августа 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 30 мая 2018 г. . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Страница поляриметрического радара» . КИМСС . 17 февраля 2003 г. Архивировано из оригинала 22 августа 2018 г. Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Кэри, Ларри (31 августа 2004 г.). «Лекция по поляриметрической радиолокации» . Техасский университет A&M . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Национальная метеорологическая служба NOAA завершает модернизацию доплеровского радара | Национальное управление океанических и атмосферных исследований» . www.noaa.gov . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Джерри Крейн (1 ноября 2006 г.). «Поляризация метеорологического радара с фазированной решеткой» (PDF) . Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ «Отчет Конгрессу по программе многофункциональных радаров с фазированной решеткой за 2016 финансовый год» (PDF) . Национальная лаборатория сильных штормов . 2017. Архивировано из оригинала (PDF) 28 августа 2017 г. Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Херд, Джеффри (18 октября 2012 г.). «Демонстратор концепции MPAR» . Возможности заключения контрактов с Федеральным управлением гражданской авиации . Архивировано из оригинала 20 июня 2018 г. Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ «Серия технических семинаров | Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института» . www.ll.mit.edu . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института: Метеорологические системы ФАУ: MPAR» . www.ll.mit.edu . Архивировано из оригинала 8 июня 2016 г. Проверено 26 сентября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Установка NWRT ATD» . wdssii.nssl.noaa.gov . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Демонстратор передовых технологий» . Национальная лаборатория сильных штормов NOAA . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ «Демонстратор передовых технологий: радар с фазированной решеткой с двойной поляризацией S-диапазона на Национальном испытательном стенде метеорологических радаров» . 9 января 2019 г.