Sve više ratnih mornarica traži novu vrstu radara koja protivniku neće odavati poziciju brodova s kojih djeluju

Impulsni su radari svoje mjesto na svim ratnim brodovima osigurali tijekom II. svjetskog rata i od tada su glavni brodski senzor za otkrivanje ciljeva na površini mora i u zraku. Ali novi smjer razvoja ratnih brodova sa znatno manjim radarskim odrazom zahtijeva i novu vrstu radara. Jer nema smisla napraviti ratni brod s minimalnim radarskim odrazom ako njegovu prisutnost protivnik jednako učinkovito može otkriti pomoću sustava za elektroničko izviđanje. Naime, svaki radar odašilje veliku količinu elektromagnetskih valova koji se koncentrično pružaju oko broda. Ti se valovi mogu otkriti i detektirati na znatno većoj udaljenosti nego što je zona motrenja samog radara koji ih je proizveo. Osim što otkrivaju prisutnost i poziciju broda, ti se valovi mogu uporabiti i za navođenje proturadarskih projektila. Možda takav projektil i ne bi potopio sam brod, ali bi ga ozbiljno oštetio te bi ga, jamačno, učinio radarski vidljivim. Zbog toga su se inženjeri tvrtki koji se bave proizvodnjom mornaričkih radara suočili s velikim izazovom – kako projektirati i izraditi učinkovit radar koji će istodobno odašiljati minimalnu količinu elektromagnetskog zračenja. Tu na prvi pogled nemoguću misiju uspješno su obavile neke tvrtke koje su tržištu ponudile tzv. Low Probability of Intercept – (LIP) navigacijske i motrilačke radare. Zbog ograničene snage odašiljanja elektromagnetskih zraka ti radari se trenutačno nude u aplikacijama taktičkih navigacijskih i motrilačkih radara čiji je domet oko 20 kilometara. Oni rabe Freyuency Modulated Continuous Wave (FMCW) tehnologiju koja im omogućava uporabu zračenja vrlo male snage koja je još uvijek dostatna za učinkovito taktičko motrenje koje je na razini sličnih konvencionalnih radarskih sustava.

Tehnički podaci za radarski sustav PILOT Mk 3
Frekvencija	X (I) frekvencijski raspon (9,1 – 9,5 GHz)
Radna promjena frekvencije	u rasponu od 400 MHz
Pojačalo snage	poluvodiči
Izlazna snaga	1W, 0,1 W, 0,01 W ili 0,001 W
Prigušenje buke	5 dB
Procesor signala	4,096 FFT
Domet motrenja	24, 6 ili 2,4 nautičke milje
Instrumentalni domet	24, 6, 2,4 nm (opcija za 48 nm)
Mogućnosti sa standardnom antenom i mogućnosti otkrivanja (-60 dBmi)
Izlazna snaga	Tipični domet radara
1 W	28 km
0,1 W	16 km
0,01 W	9 km
0,001 W	5 km

 

Jedna od tih tvrtki je Philips koja je na ovoj tehnologiji počela raditi još sedamdesetih godina prošlog stoljeća kad su njegovi znanstvenici i inženjeri u Phillips Research Laboratoriesu (smješten u Redhillu u Velikoj Britaniji) započeli s ispitivanjima učinkovitosti FMCW tehnologije u otkrivanju objekata na moru. Ta su istraživanja i danas osnova za dvije tržišno suprotstavljene linije FMCW radara koji rade u frekvencijskom rasponu I(X). Za ugradnju na brodove, ali i na obalne radarske postaje švedska tvrtka Saab Bofors Dynamics nudi svoje radare PILOT. Za istu namjenu svoje FMCW radare nudi i Thales Nederland pod imenom SCOUT.
Izvori tehnologija za obje ove radarske linije nalaze se u radu djelatnika Philips Research Laboratories. Ali, nakon što je Phillips izašao iz područja obrambenih tehnologija početkom devedesetih godina prošlog stoljeća, rad na njihovim projektima odvojeno je nastavljen u Saab Bofors Dynamics AB-u i Thales Nederland-u. Obje su tvrtke uspjele Phillipsova rana otkrića dovesti do razine uporabljivosti i tržištu ponuditi svoje LPI radare u pravo vrijeme da iskoriste pojavu sve većeg broja ratnih brodova s malim radarskim odrazom.
Današnji najmodernili LPI radari, koje na tržištu predstavljaju PILOT i SCOUT, u sebi sadrže najmoderniju tehnologiju koja im omogućava da komprimiraju svoje zračenje kako bi smanjili snagu izlaznog elektromagnetskog vala. To znači da umjesto da odašilju impulsni signal s najvećom snagom od nekoliko desetaka kilovata, ti radari zrače kontinuirani frekvencijski modulirani impuls čija je najveća snaga oko 1 W. Odgoda odraznog signala s bilo kojeg cilja jednaka je kao i kod klasičnih impulsnih radara.

Da bi učinili FMCW motrenje ekstremno linearnim, odgoda odraza se može zamijeniti svojevrsnim otklonom frekvencije nazvanom Fast Fourier Transform (FFT) polumjer motrenja. Taj se signal, ako je ispravno obrađen, može naknadno konvertirati u standardni videosignal s vremenskim otklonom. Na taj se način postižu maksimalni dometi motrenja i rezolucije koje su bolje nego kod klasičnih impulsnih radara. Dodatni učinak je ostvarenje minimalnog dometa motrenja koji može biti manji od pet metara.

Jednako kvalitetna detekcija
Prosječna izlazna snaga LPI radara jednaka je kao i kod klasičnih impulsnih navigacijskih radara i zato postižu istovjetne domete otkrivanja različitih ciljeva kao i slučaju klasičnih radara. Naravno, ti se dometi otkrivanja ostvaruju sa znatno manjim izlaznim snagama radarskog impulsa te je i vjerojatnost njihovog otkrivanja pomoću sustava za elektronička izviđanja vrlo mala. Uz to njihov radarski impuls nije dostatan da se na njega usmjere dosadašnji proturadarski projektili s obzirom da njihove pasivne glave namijenjene otkrivanju i praćenju radarskog zračenja nisu dostatno osjetljive da bi pratile 1 W izlazne snage FMCW radara.

Zbog toga što doseg otkrivanja sustava za elektronička izviđanja ovisi o najvišoj izlaznoj snazi radarskog zračenja, odašiljači vrlo male snage FMCW radara (najviša snaga istovjetna je prosječnoj snazi) otklanjaju mogućnost da će biti otkriveni na velikim i srednjim udaljenostima. Zapravo će njihova mala izlazna snaga omogućiti njihovo otkrivanje tek na udaljenostima manjim od tri kilometra, što je premalo za uobičajenu taktičku uporabu elektroničkih sustava za izviđanje. To pak znači da se FMCW radari mogu rabiti i u uvjetima ograničenja elektroničkog zračenja (EMission-CONtrol – EMCON). EMCON uvjeti djelovanja dosad su uvijek nalagali gašenje svih brodskih radarskih sustava što je značilo da je brod bio “slijep”. Uza sve to ova se “pretvorba” može dodatno poboljšati tako da se izlazna snaga smanji na još niže vrijednosti. Izlazna snaga od samo 1 mW i dalje bi dala maksimalni domet motrenja od nekoliko kilometara čak i vrlo malih objekata ili prepreka. Mogućnost motrenja površine mora od samo pet kilometara omogućila bi sigurno djelovanje brodova s vrlo malim radarskim odrazom u blizini neprijateljske obale po noći i vrlo lošim vremenskim uvjetima (magla, jaka kiša i slično) kad ni elektrooptički sustavi za otkrivanje ne mogu uspješno djelovati.
Radari FMCW pružaju i druge prednosti. Za primjer, u usporedbi s klasičnim radarima pružaju vrlo visoku rezoluciju na svim dometima rada. To znači da će se konture otkrivenog objekta lijepo pokazati na ekranima radarskog sustava te je stoga detektiranje i klasifikacija pojedinačnih ciljeva pomoću FMCW radara znatno lakša nego s konvencionalnim radarima. Druga prednost koja proizlazi iz uporabe FMCW radara je istodobni rad odašiljača i prijamnika radarskih zraka koja omogućava ostvarenje vrlo malog dometa otkrivanja. To je posebno korisno kod radara za navođenje helikoptera koji slijeću na male letne palube ratnih brodova, navigacija na “slijepo” ili navigacija u obalnim vodama.

Iduće područje nadmetanja tvrtki na području FMCW radara je smanjenje opasnosti po ljudsko zdravlje s obzirom na vrlo malu izlaznu snagu. To znači da će se FMCW radari moći postaviti na zapovjedni most ili na neki drugi dio nadgrađa gdje bi postavljanje antena klasičnih radara izravno ugrožavalo zdravlje posade.
Na kraju, najnaprednija tehnologija koja je primijenjena pri razvoju i izradi FMCW radara kao što su PILOT i SCOUT omogućava im da se bez većih tehničkih zahvata uvežu, i da istodobno djeluju, s već postojećim navigacijskim radarima koji rade u I frekvencijskom spektru. Moguća je i opcija da se FMCW radari spoje na već postojeće antene navigacijskih rada koji rade u I frekvencijskom spektru te se na taj način onemogući njihovo otkrivanje vizualnim pregledom broda.

Tehnički podaci za radarski sustav SCOUT Mk 2
Frekvencija	X (I) frekvencijski raspon (9,1 – 9,5 GHz)
Izazna snaga	10 mW do 1 W
Brzina rotacije antene	24 okretaja u minuti
Instrumentalni domet	24, 12, 6 nautičkih milja
Osjetljivost antene	29,5 dB

 

PILOT
FMCW radarski sustav PILOT razvijen je još početkom osamdesetih godina prošlog stoljeća, a prve narudžbe Saab Bofors Dynamics je osigurao 1994. Dosad je PILOT prošao nekoliko razvojnih faza te se trenutačno na tržištu nudi njegova inačica Mk 3. U međuvremenu je razvijena i inačica namijenjena ugradnji na podmornice. Poznati kupci FMCW radarskog sustava su ratne mornarice Švedske, Španjolske i Ujedinjenih Arapskih Emirata. Mogućnosti kupnje PILOT radarskog sustava trenutačno razmatraju američka i australska ratna mornarica te NATO. Ako je za vjerovati Saab Bofors Dynamicsu, onda PILOT Mk 3 ima isti doseg motrenja kao i klasični impulsni radari, bolju rezoluciju otkrivenih objekata i mogućnost motrenja na manjim udaljenostima. Najnovija inačica, koja je upravo uspješno isporučena, ima manje dimenzije kako bi stala u zapovjedni toranj podmornice. Dobila je i mogućnost promjene radne frekvencije (frequency agility) koja još više povećava LPI odlike. Ugrađeni su i bolji sustavi za otklanjanje lažnih odraza (clutter).

U svojoj samostalnoj konfiguraciji PILOT sadrži primopredajnik (transceiver unit – TRU) i jedinicu za obradu signala. Da bi se cijeli sustav kompletirao, potrebno ga je povezati sa standardnom antenom i standardnim zaslonima (ili višefunkcionalnim konzolama) koji u sebi sadrže i Automatic Radar Plotting Aid (ARPA) funkciju. Standardni video i kontrolni priključci omogućavaju integraciju PILOT radarskog sustava sa zamalo svim radarskim antenama koji rade u I frekventnom rasponu i displejima/višefunkcionalnim konzolama koje se nude na tržištu. Ti isti standardni priključci omogućavaju da se PILOT Mk 3 spoji ili paralelno djeluje s najsuvremenijim impulsnim navigacijskim radarskim sustavima. U toj “dodatnoj” konfiguraciji primopredajnik i jedinica za obradu signala spajaju se između antene i klasičnog impulsnog primopredajnika, omogućavajući da i PILOT i impulsni radar rabe istu antenu. Videosignal s oba radara potom se prebacuje na displej/višefunkcionalnu konzolu preko internog videopriključka. Kako bi postigao visoku rezoluciju s obzirom na udaljenost objekata, PILOT rabi moduliranje frekvencije s linearnim širenjem (reflektirajući signal koji se odbija od objekta također se širi s otklonom koji korespondira s udaljenosti objekta u odnosu na radarsku antenu). S obzirom na linearno širenje kašnjenje povratnog signala se može pretvoriti u frekventni otklon koji se potom analizira pomoću FFT sustava. Taj se obrađeni signal potom ponovno pretvara u standardni videosignal kako bi se mogao prikazati na displeju ili višefunkcionalnoj konzoli.

Kako bi se omogućilo da PILOT radarski sustav rabi standardne radarske antene navigacijskih radara, morali su ga opremiti Reflected Power Cancellerom (RPC). Naime, tijekom razvoja FMCW radarskih sustava zamijećeno je da se javlja inherentan problem sa signalom koji se reflektira od vlastite antene. Razina reflektiranja od antene znatno je veća nego razina reflektiranja od drugih objekata što dovodi do zagušenja radara. Taj je efekt veći kad se rabi ista antena za odašiljanje i prijam signala. Taj je problem riješen ugradnjom RPC sustava. U radarskom sustavu PILOT Reflected Power Canceller sustav nepoželjan dominantni odraz s antene i sustava za njezinu rotaciju potpuno poništava pomoću obrtanja, pojačanja i faznog mijenjanja sve dok se potpuno ne ukloni neželjeni reflektirajući signal.

PILOT Mk 3 radarski sustav donosi pravu “sweep-to-sweep” promjenu frekvencija tako da svaki ciklus odašiljanja radarskog snopa počinje s novom, nasumice izabranom frekvencijom u rasponu frekvencija od 400 MHz. To dodatno umanjuje rizik da će biti otkriven od protivničkih sustava za elektroničko izviđanje. Međutim, ako antena nema potrebne mogućnosti odašiljanja radarskih zraka svih frekvencija, ili ako drugi sustavi na brodu zahtijevaju vlastiti pristup određenim rasponima frekvencija, PILOT se može tako konfigurirati da izbjegava te unaprijed određene frekvencije (istodobno je podešen da automatski kompenzira antensko “škiljenje”).

Druga poboljšanja koja su uključena u Mk 3 inačicu radarskog sustava PILOT obuhvaćaju novu jedinicu za generiranje frekvencija, koja omogućava znatno veću otpornost na šokove, novi shemu procesora koja omogućava povećane mogućnosti obrade zgusnutih signala u okruženju s puno lažnih odraza (clutter), na primjer u lukama. Uz to primopredajnik je prepakiran te zauzima manje prostora što omogućava ugradnju u zapovjedne tornjeve najsuvremenijih podmornica.

Nadzor PILOT radarskog sustava odvija se tipično preko CAN-bus koji je zadužen za spajanje radara s višefunkcionalnim konzolama. Kao opcija nudi se mogućnost uvezivanja PILOT-a u lokanu mrežu. Za nadzor i upravljanje radarom u slučaju nužde rabi se daljinski upravljani panel. Za svoj radarski sustav PILOT Saab Bofors Dynamics nudi dvije inačice rješenja mehaničkog pokretanja antene. Ona novija ne zahtijeva ugradnju primopredajnog sustava zajedno s antenom i namijenjena je uporabi na podmornicama. Cijeli je sustav prilagođen ugradnji u izvlačivi radarski stup podmornica. Druga opcija je klasična ugradnja TRU jedinice blizu antene i namijenjena je ratnim brodovima. Oba su dizajna dodatno unaprijeđena kako bi se mogli rabiti na podmornicama ali i kako bi zadovoljili STANAG zahtjeve otpornosti na šok. S dolaskom Mk 3 inačice priključak za umrežavanje PILOT-a s drugim klasičnim impulsnim radarima na brodovima sad se nalazi u TRU jedinici, i to u obje konfiguracije. Konfiguracija namijenjena ugradnji na podmornice ima tijelo od nehrđajućeg čelika kako bi se dobro zaštitio primopredajnik. U tijelu je dostatno mjesta i za ugradnju primopredajnika klasičnog impulsnog radara. Prema tvrdnjama tvrtke Saab Bofors Dynamicsa radarski sustav PILOT u potpunosti ispunjava sve zahtjeve koji se postavljaju pred suvremeni vojni navigacijski radar glede dometa otkrivanja objekata, preciznosti i rezolucije. Uz to ima visoku preciznost određivanja udaljenosti otkrivenih objekata (2,5 m) i minimalni domet motrenja manji od pet metara.

Radarski sustav SCOUT
Od početka devedesetih godina prošlog stoljeća, kad je započela njegova prodaja, tvrtka Thales Nederland je prodala više od 100 radarskih sustava SCOUT. Poznati kupci su Belgija, Brunei, Finska, Grčka, Nizozemska i Ujedinjeni Arapski Emirati. Mobilna inačica obalnog radara prodana je Egiptu. Na temeljima FMCW tehnologije Thales Nederland je razvio više LPI radara koji su namijenjeni i uporabi na brodovima i na zemlji. Tako su za uporabu na zemlji namijenili radar SQUIRE (radar za nadzor bojišnice) i radar PAGE (namijenjen nadzoru neba).

Nakon velikog uspjeha s prvom inačicom SCOUT radarskog sustava Thales Nederland potencijalnim kupcima trenutačno nudi poboljšanu inačicu SCOUT Mk 2. Prema tvrdnjama tvrtke, nova poboljšana inačica uključuje pojednostavljeni priključak koji omogućava izravnu integraciju s većim brojem navigacijskih radara uz istodobno poboljšanje perfomansi (Thales navodi poboljšanje mogućnosti određivanja udaljenosti objekta za čak osam puta). Primopredajnik radarskog sustava SCOUT Mk 2 smješten je u dvoplošnoj (dual-array) anteni kako bi se smanjili gubici radarske zrake i pojednostavila instalacija (povezivanje s opremom koja se nalazi unutar broda ostvareno je pomoću samo jednog tankog kabla). Ugradnjom primopredajnika u radarsku antenu otklonjeni su gubici radarske zrake zbog prijenosa, osim ako se SCOUT ne kombinira s klasičnim impulsnim primopredajnikom. Prema Thales Nederland-u, dvoplošna antena jamči optimalnu izolaciju između sustava za odašiljanje i primanje radarskih valova, što je odlučujuće za dobre mogućnosti otkrivanja objekata na većim udaljenostima kod radara FMCW tipa. Radarski sustav SCOUT Mk 2 može djelovati potpuno samostalno kao jedini brodski navigacijski radar, ali i kao potpuno integrirani navigacijski i LPI radarski sustav. Integracija je moguća s praktički svakim na tržištu dostupnim navigacijskim radarom, kao što su Kelvin Hughes Type 1007, Selesmar MM950 ili Sperry Marine’s Bridgemaster E. Svi podaci i videosignali mogu se rabiti unutar suvremenih automatiziranih brodskih borbenih sustava za zapovijedanje i nadzor.

Što se tiče njegove konstrukcije radarski sustav SCOUT Mk 2 je izrađen isključivo od poluvodiča što mu daje veliku pouzdanost u radu (prosječno vrijeme između dva kvara je veće od 10 000 radnih sati), malu masu i isključenje opasnosti od strujnih udara visokog napona i snage. Maksimalni instrumentalni domet SCOUT-a Mk 2 je 24 nautičke milje, dok će cilj veličine 100 m2 najčešće otkriti na udaljenosti nešto većoj od 15 nautičkih milja. Zbog kontinuiranog zračenja radarske zrake minimalni domet rada je neuobičajeno mali – samo nekoliko metara. Taj domet ponajviše ovisi o poziciji antene.

Zaključak
Iako se Low Probability of Intercept radari na tržištu nalaze još od početka devedesetih godina prošlog stoljeća, pravi interes za njihovom ugradnjom na svoje ratne brodove suvremene su ratne mornarice pokazale u zadnjih pet godina. Sa svakim naporom da se smanji radarski odraz broda, istodobno ide i napor da se smanji intenzitet njegovog radarskog zračenja. Neodgovorno je potrošiti stotine milijuna američkih dolara na kupnju ratnog broda s malim radarskim odrazom i opremiti ga takvim radarskim sustavima koji će stotinama kilometara daleko otkrivati njegovu poziciju. Zbog toga je uporaba Low Probability of Intercept radarskih sustava toliko važna. Pojavom manjih ratnih brodova s malim radarskim odrazom namijenjenih djelovanju u priobalnim vodama ona će postati još važnija jer će omogućiti preciznu navigaciju i otkrivanje protivničkih brodova bez mogućnosti da protivnik svojim sustavima za elektroničko izviđanje otkrije brod. U priobalnim vodama ograničenje dometa motrenja na nekih 15 do 20 nautičkih milja ima puno manju ulogu nego na otvorenim morima. Osim za uporabu na ratnim brodovima malog radarskog odraza, Low Probability of Intercept radarski sustavi će se vrlo brzo proširiti i na podmornice kod kojih njihova uporaba ima možda još više opravdanja. Dosad su zapovjednici podmornica oklijevali uporabiti svoje navigacijske i motrilačke radare jer bi oni odmah upozorili protivnike na prisutnost podmornice. Uporabom Low Probability of Intercept radarskih sustava podmornica može uporabiti svoj radar za otkrivanje i identifikaciju površinskih ciljeva bez opasnosti da će oni zamijetiti njenziu prisutnost. Osim što ih mogu rabiti u ofenzivnim operacijama, podmornice svoje Low Probability of Intercept radare mogu rabiti i kao dodatni izvidnički sustav snimajući protivničko priobalje i promet brodova. Uz to Low Probability of Intercept radari će omogućiti sigurno povezivanje sonarnog potpisa cilja s njegovim radarskim odrazom.
Low Probability of Intercept radari svoju će primjenu naći i na patrolnim brodovima jer će omogućiti hvatanje krijumčarskih plovila bez opasnosti da će ih ovi moći zamijetiti svojim sustavima za elektroničko izviđanje.

Tomislav JANJIĆ