Elektronik Harp Teknolojileri (1)

Fraunhofer Yüksek Frekans Fiziği ve Radar Teknikleri Enstitüsü'ndeki (FHR), DLR Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü ile Alman-Fransız Araştırma Enstitüsün (ISL) tarafından yürütülen uydu, frekans, radar gibi elektronik savaş sistemleri geleceğin savaş teknolojileri ve savaşların hangi boyutlarda olacağına dair ilginç fikirler veriyor.

Çalışılan teknolojilerin 1. bölümünü sunuyoruz.

1. STARLİNK UYDULARI İLE UZAKTAN ALGILAMA VE HEDEF TESPİTİ

"Pasif radar sistemleri çok sayıda avantaj sunar. Fraunhofer FHR'nin yeni yer pasif radarı, uydu televizyon sinyalleri ile Starlink uydularından gelen sinyallerin bir kombinasyonunu kullanarak spektrum ve enerji tasarruflu uzaktan algılamayı mümkün kılıyor.

Uzaktan algılama - küresel ve kalıcı olarak, sinyal iletmeden mi? Bu, Fraunhofer FHR'deki araştırmacıların geliştirdiği pasif bir radar sistemi ile mümkün. Aktif radarlardan farklı olarak, bir nesneden alıcıya yansıyan radar ışınlarını yaymaz, ancak halihazırda mevcut olan ışınları kullanır. Avantajı, sistemin enerji açısından verimli olması ve daha az bileşen gerektirmesidir. Aktif radar için de lisans alınmasına gerek yoktur; sistem kolayca kurulabilir ve bu nedenle büyük bir esneklik sunar. Sivil uygulamalar dışında başka bir avantaj daha sunuyor: Sistemin kendisi radar ışınları yaymadığı için tespit edilmesi zordur ve bu nedenle girişim radyasyonundan kolayca etkilenmez."

2. ELEKTRONİK IŞIN YÖNLENDİRMELİ ANTEN DİZİLERİ İÇİN AYARLANABİLİR META MALZEMELER

"Dizi antenlerinin tarama aralığı, fiziksel kısıtlamalar nedeniyle sınırlıdır. Elektronik olarak ayarlanabilen meta materyaller uzun vadede onu genişletebilir.

Bukalemunlar neredeyse her yöne görüşe sahiptir: Bunun nedeni, her iki gözünü bağımsız olarak hareket ettirebilmeleridir. Elektronik olarak kontrol edilen ve örneğin askeri radarlarda veya iletişim sistemi uygulamalarında kullanılan anten dizilerinde durum farklıdır: Tarama menzilleri fiziksel olarak sınırlıdır. Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar bu nedenle METALESA II projesinde ayarlanabilir meta malzemeler kullanıyor: bunlarla anten dizilerinden gelen dalga cephelerinin fazlarını değiştirerek kavisli anten dizilerinin tarama aralığını geliştirmek istiyorlar."

PROTOTİPLER UMUT VERİCİ

"Peki bu tür ayarlanabilir metamateryaller radar radyasyonunun fazını ne ölçüde değiştirebilir? Üstelik bunun sonucunda ortaya çıkan kayıplar ne kadar yüksek? Araştırmacılar bunu araştırdı ve boş alan ölçümü test düzeneklerini kullanarak bu soruları yanıtladı. Bunu yapmak için, 24 santimetreye 16 santimetre boyutunda iki büyük metamateryal devre kartı ürettiler ve ölçtüler. İlk deneyde, ayarlanabilir metamateryal PCB'yi verici antenin önüne monte ediyorlar ve alıcı antenle radyasyon davranışını araştırıyorlar. Ölçülen sonuçlar oldukça ümit vericidir: hem yatay hem de dikey polarizasyon için 170°'ye kadar faz değişiklikleri mümkündür, kayıplar ise 1 ila 2 dB aralığı kadar düşüktür. Bir sonraki adımda araştırmacılar iki prototip tasarlayıp ürettiler. İlk prototip, tek bir anten elemanı tarafından aydınlatılan, ayarlanabilir tek bir meta malzeme devre kartından oluşurken, ikinci prototip, yönlü bir konfigürasyonda ve kavisli bir anten dizisi tarafından uyarılan birkaç ayarlanabilir meta malzeme devre kartından oluşur. Tek bir anten elemanı veya küçük bir dizi tarafından uyarılan ayarlanabilir bir meta malzemenin, dinamik ışın taramasıyla birlikte bir mercek işlemi gerçekleştirebileceği başarıyla gösterildi. Kazançta 3 dB'lik bir artışla hem dikey hem de yatay polarizasyonlar için ± 60 derecelik bir tarama aralığı elde edildi. Bu sonuçlar, diğerlerinin yanı sıra, dronlar gibi küçük platformlar için de önemlidir: Büyük dizili antenleri taşıyamayacak kadar küçüktürler. Gelecekte yeni teknoloji, dizi anten yerine yalnızca tek bir antenden oluşan hafif, düşük maliyetli bir sistemin kullanılmasını ve yine de aynı radyasyon özelliklerini elde edilmesini mümkün kılacak. Yönlendirilmiş ayarlanabilir meta malzemelerle entegre edilmiş kavisli anten dizisi prototipi de ikna edici bir performans sergiledi: 70° ila 90° tarama aralığında yatay polarizasyon için anten dizisi kazancında 1 ila 2 dB'lik bir iyileştirme elde edilebildi."

3. BANT GENİŞLİĞİ KAYBI OLMAYAN DAHA KÜÇÜK ANTENLER

"Platformlara birden fazla anten monte edilirse bu, platformun radar aracılığıyla görünürlüğünü artırır. Yukarı yöndeki aktif ağlar, aynı bant genişliğini korurken antenleri küçültmek için kullanılabilir. Uçak veya gemi gibi platformlarda sıkıdır: Çok sayıda antenin yanına çok sayıda elektronik bileşen sığar. Antenler mümkün olduğu kadar geniş bantta çalışmalı, başka bir deyişle mümkün olduğu kadar çok frekansı kapsamalıdır. Ancak bu durum onları oldukça büyük kılıyor, bu da bir yandan yer sorunu yaratıyor, diğer yandan da platformların düşman radarı tarafından daha kolay tespit edilmesini sağlıyor. Bunun nedeni, anten yüzeyi ne kadar büyük olursa, radar ışınlarının o kadar yoğun bir şekilde yansıtılması ve radarın geri saçılım kesitinin artmasıdır.

FOSTER DIŞI AĞLARLA YAPILAN DENEMELER

Antenler bant genişliği kaybı olmadan küçültülebilir mi? Bu soru MBDA Deutschland GmbH adına Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar tarafından ele alındı. İlk adımda, sabit bir anten şekli için mümkün olan maksimum bant genişliğini araştırdılar. Bir yukarı akış devresi, eşleşen bir ağ aracılığıyla bant genişliği, aşılamayacak belirli bir sınıra kadar artırılabilir. En azından eşleşen ağ, kapasitörler ve bobinler gibi yalnızca enerji kaynağı olmayan pasif elemanlardan oluşuyorsa. Ancak transistörler gibi aktif bileşenler entegre edilirse bu engel ortadan kalkar; o zaman Foster olmayan ağlardan söz ederiz. Bunlarla anten en azından teorik olarak istenilen bant genişliğine sahip olabilir.

Uygulama açısından bu etki, iki ila üç basamaklı megahertz aralığındaki frekanslarda nispeten kolay bir şekilde gösterilebilir. Bununla birlikte, tek haneli gigahertz aralığında (antenler için istenen frekans aralığı) transistörler, diğer şeylerin yanı sıra, ideal özelliklerinden büyük ölçüde sapmaktadır. Bu nedenle araştırmacıların kendilerine şu soruyu sordular: Bu frekans aralığı için istikrarlı ve tekrarlanabilir Foster olmayan ağlar oluşturmak mümkün mü? Ekip öncelikle bireysel pasif ve aktif bileşenleri inceledi ve yalnızca ideal davranışı değil, aynı zamanda yarı iletken cihazların ölçülen davranışını da hesaba katan devre simülasyonları geliştirdi. Bu tür devre simülasyonlarında bileşenlerin ideal kablolarla bağlandığı varsayılır. Ancak gerçekte frekans arttıkça iletim yolları istenmeyen özellikler geliştirir. Bu nedenle araştırmacılar devre simülasyonlarını, bileşenler arasındaki şerit çizgilerini hesaba katan saha simülasyonlarıyla desteklediler. Zaten söylenebilecek olan şey: Foster olmayan ağlar, gigahertz aralığında bile antenlerin bant genişliğini tek haneli yüzdelerle artırabilir. Bu katma değer pratikte de gözlemlenebilir mi? Araştırmacılar bunu daha ileri bir aşamada araştıracaklar."

4. DRONE İLE TAŞINAN GÖRÜNTÜLEME RADARI

Bir drone tarafından taşınan ve uçuş hareketlerine uyarlanan sentetik açıklıklı radar (SAR), ilk yüksek çözünürlüklü görüntüleri yakaladı.

(Phoenix-94 drone SAR tarafından yaklaşık 50 m AGL uçuş yüksekliğinde alınan 94 GHz'deki yüksek çözünürlüklü SAR görüntüsü. Görüntü yaklaşık 5 cm çözünürlüğe sahip ve toprak yolun yanındaki açık alanda park etmiş araçlar ve insanlar gibi çeşitli test nesnelerini gösteriyor.)

Afetler sırasında, kurtarma görevlilerinin duruma "hızlı" bir genel bakış (tercihen kuşbakışı) elde etmesi önemli olabilir. Sınır muhafızları ve ordu da benzer sorunlarla karşı karşıya. Dronlar bu tür keşifler için idealdir. Bununla birlikte, eğer optik kamera taşıyorlarsa, iyi hava koşullarına güvenmek zorundalar: Sis, yoğun yağmur, duman veya karanlıkta pek işe yaramazlar. Radar cihazları ise sis ve benzeri ortamlarda engelsiz görebilir. Buradaki eksiklik, çözünürlüğü optik cihazlara yakın olan yüksek frekanslı, yüksek performanslı radar ünitelerinin, drone'lar için çok büyük ve ağır olmasıdır. Ultra hafif uçaklar gibi daha büyük taşıyıcılara ihtiyaç duyarlar.

94 gigahertz radar, dokuz kilogram hafif

Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar artık bu tür yüksek frekanslı SAR radarlarını minyatürleştirdiler: Geliştirilen 94 gigahertz cihaz yalnızca dokuz kilogram ağırlığında ve bir drone için yeterince hafif. Araştırma ekibinin yalnızca donanımı değil, aynı zamanda arkasındaki algoritmaları da uyarlaması gerekiyordu. Sonuçta drone, uçaktan tamamen farklı bir şekilde hareket eder: Hızlı uçar, hızlı döner ve daireler çizer, rüzgardan çok daha güçlü etkilenir - daha güçlü bir şekilde yalpalar ve titreşir - ve bazen tamamen durur, hatta uçar. geriye. Minyatür radarın faydalı görüntüler üretebilmesi için uçuş yolunun milimetresine kadar bilinmesi gerekiyor. Bununla birlikte, konumun belirlenmesine yönelik yüksek hassasiyetli ölçüm sensörlerinin elde edilmesi zordur ve 100.000 Euro'nun üzerinde fiyatları son derece pahalıdır. Araştırmacılar bu nedenle daha uygun maliyetli MEMS sensör teknolojisini (Mikro-Elektro-Mekanik Sistem) halihazırda 20.000 Euro'dan daha düşük bir fiyatla mevcut olan kısaltmayı test etti. Görüntüleme nasıl değişiyor? Yüksek ve geniş bant iletim frekansına rağmen hangi bileşenler yeterli çıkış gücü sağlıyor? Güç aktarımı sorunu özellikle Freiburg'daki Fraunhofer IAF'ın bileşenleriyle çözülebilir.

(Entegre SAR sensörü Phoenix-94'e sahip multikopter. Yaklaşık 9 kg ağırlığında ve 94 GHz taşıyıcı frekansında çalışan Phoenix-94 deneysel sensörü, drone tabanlı SAR verilerini ve görüntüleme algoritmalarını değerlendirmek için bir konsept kanıtı görevi görüyor.)

Çimlerdeki araç izleri görselleştirilebilir

Başlangıçta böyle bir drone uyumlu sistemin odaklanmış bir görüntü oluşturup oluşturamayacağı şüpheliydi. Sonuç şaşırtıcı: Yaklaşık beş santimetrelik görüntülerin çözünürlüğü, iki santimetreye kadar gelen bir uçaktan kaydedilen çözünürlükten yalnızca biraz daha kötü. Sistem, 30 ila 70 metre uçuş irtifalarında yalnızca park halindeki araçları ve insanları tespit etmekle kalmadı, aynı zamanda çimlerdeki araç izlerini de görselleştirdi. Bir takip projesinde, radarın ağırlığının 7 kilogramın altına indirilmesi, aynı zamanda verilerinin gerçek zamanlı olarak işlenerek yere gönderilmesi ve burada görüntülerin video akışı yoluyla canlı olarak takip edilebilmesi amaçlanıyor.

(Kaynak: FHR)

DEVAM EDECEK...