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 2. bölümünü sunuyoruz.
5. RADAR + ELEKTRONİK SAVAŞ
"Eş zamanlı olarak SAR görüntüleri oluşturmak, yer istasyonuyla iletişim kurmak ve düşmanı karıştırmak; Fraunhofer FHR tarafından çeşitli Avrupalı endüstriyel ve araştırma ortaklarıyla işbirliği içinde geliştirilmekte olan yeni bir hava savunma sisteminin bunu mümkün kılması bekleniyor.
Her işe yarayan bir cihaz mı, diğer bir deyişle aynı anda birden fazla işlevi üstlenebilen bir sistem mi? Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar, Avrupa Komisyonu adına Savunma Araştırmalarına İlişkin Hazırlık Eylemi (PADR) 2019 kapsamında sanayi ve araştırma kurumlarından on Avrupalı ortakla birlikte böyle bir sistem üzerinde çalışıyorlar. "Askeri uygulamalar için Kombine Radar, iletişim ve elektronik Harp fonksiyonlarına sahip Avrupa aktif elektronik olarak taranan dizi" ifadesinin kısaltması olan CROWN projesinde, iletişim ve elektronik harbin yanı sıra radar fonksiyonlarını da yerine getirebilen bir RF sistemi geliştiriyorlar. Şu ana kadar bu benzersiz bir durum; en azından Avrupa'da. Gelecekte sistem bir drone'a bağlanabilecek veya "Geleceğin Savaş Hava Sistemi FCAS"a entegre edilebilecek ve eş zamanlı olarak radar kullanılarak durumsal farkındalık oluşturulabilecek, dost platformlarla iletişim kurulabilecek ve düşmanı sıkıştırabilecek. Diğer ülkelerden bağımsız olabilmek için bunun için gerekli tüm parçaların Avrupa'dan gelmesi gerekiyor ki bu da şu anda hala bir zorluk. Uluslararası araştırma ekibinin bu yıl başarmayı umduğu ilk önemli kilometre taşı, bunun gerçekleşmesi için hangi kaynaklara ihtiyaç duyulacağını göstermektir.
Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar diğer şeylerin yanı sıra kaynak yönetiminden de sorumludur. Sonuçta, modern RF sistemlerinin, bazıları aynı anda olmak üzere birçok görevi üstlenmesi gerekiyor. Buna zamanla ilgili sorunlar da eşlik edebilir ve enerji tedariği de zorluk teşkil edebilir. Örneğin, eğer sistem zaten bilinen hedefleri takip edemiyorsa, hava sahasında yeni hedefler aramanın pek bir anlamı yok. Başlangıç olarak, uzmanlardan oluşan ekip, antenin paralel çalışan, alt açıklıklar olarak bilinen birkaç küçük antene bölünmesine olanak tanıyan yöntemler geliştirmek için çalışıyor. Ancak o zaman önceden belirlenmiş kurallar sistemin mantıklı kararlar almasına izin vermek için artık yeterli değildir. Bu nedenle araştırmacılar, makine öğreniminin özel bir türü olan takviyeli öğrenme yöntemlerini kullanıyor: Verdikleri kararlar hakkında sisteme geri bildirim veriyorlar ve bu şekilde sisteme sürekli gelişmeyi öğretiyorlar. Fraunhofer FHR'nin ele aldığı bir diğer zorluk da sinyallerin farklı dalga biçimlerinin gerçekleştirilmesidir. Bu, alt açıklıklardan yayılan sinyallerin birbirine karışmasını önlemek içindir.
Plana göre 2023 yılı sonuna kadar Avrupa ekibi, gelişimini Teknoloji Hazırlık Seviyesi TRL 4'e, yani gösterici seviyesine çıkarmak istiyor. Daha sonra bir takip projesi, bir prototipe eşdeğer olan 7 TRL'ye ulaşmayı hedefleyecektir."
6. UYDU SİNYALİ YOLUYLA PASİF RADAR
Fraunhofer FHR, şu anda SABBIA 2.0 sistemiyle farklı türde bir pasif radar geliştiriyor: Aydınlatma için karasal vericiler kullanmak yerine sabit uydular tarafından iletilen sinyallere bakıyor. Ayrıca gemi gibi hareketli platformlardan da işini yapabiliyor.
Genellikle radar, radar sisteminin kendisi tarafından iletilen sinyalleri kullanır. Ancak bu sinyaller düşman sistemleri tarafından da görülebilmektedir. Pasif radar daha göze çarpmaz: halihazırda havada bulunan radyo sinyalleri gibi harici aydınlatıcılar kullanır. Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar şimdi bunu bir adım daha ileriye taşıyor: karasal aydınlatıcılar kullanmak yerine, SABBIA 2.0 sistemiyle televizyon istasyonları için yayınlanan sabit uydulardan gelen sinyallere güveniyorlar. Avantajları: Öncelikle bu sinyaller açık deniz gibi karasal sinyallerin zayıf olduğu bölgelerde mevcuttur. İkincisi, sinyaller daha geniş bir bant genişliğine ve dolayısıyla daha yüksek aralık çözünürlüğüne sahiptir. Şu anda dünyada SABBIA 2.0 kadar geniş bir yelpazedeki sinyalleri işleyebilen başka bir sistem bulunmuyor.
Hareketli platformlarda pasif radarlar
SABBIA 2.0 başka bir özel özellik daha sunuyor: Radar, gemi gibi hareketli bir platform üzerine monte edilebilir; kendi hareketi telafi edilir. Bunun temeli, iki antene sahip Alman EPAK GmbH şirketinin uydu alıcısıdır. Bu antenlerden biri daima uydu yönüne, diğeri ise hedefe bakar. Bunun nedeni, pasif radarda olağan olduğu gibi, bir hedefi tespit edebilmek için doğrudan sinyal ile hedefin yankısı arasında çapraz bir korelasyonun gerekli olmasıdır.
Sınıflandırma yönünde ilk adım zaten atılmıştır: Çeşitli geri saçılım mekanizmaları çözünürlük aracılığıyla ayrıştırılabilir ve bundan daha fazla bilgi üretilebilir. Şu anda Fraunhofer FHR tesislerinde bir test çalışması yürütülüyor. Radar sistemi, çapı altı metre olan dönen bir platform üzerine monte ediliyor ve kamyon gibi sabit bir hedefi görüş alanında tutuyor.
Bir gemide ölçümlerin 2022 yılında yapılması planlanıyor. SABBIA'nın çalıştığı frekanslar, yaygın olarak kullanılan pasif radarlardan önemli ölçüde daha yüksektir; bu nedenle sistem, drone gibi nesnelerin içinde bulunduğu Doppler ve mikro-Doppler etkilerine karşı daha duyarlıdır. ve rotor kanatları gibi alt nesneler sırasıyla hareket eder.
Bu nedenle dronların tespit edilmesi ve sınıflandırılması da SABBIA 2.0 için ilginç bir uygulama alanıdır. Gelecekte sistem, Elon Musk'un uzaya fırlatmak istediği yaklaşık 42.000 Starlink uydusundan gelen sinyalleri de kullanabilir."
7. KARTAL GÖZÜ RADARI: "UÇUŞ ESNASINDA EN HIZLI GÖRÜŞ HATTI DEĞİŞİMİ"
"Radar ve hedef hareket ederken bile yüksek çözünürlüklü görüntüler mi? Görüş yönünde hızlı değişiklikler mi var? Yeni bir radar tipinin bunu mümkün kılması bekleniyor.
Kartal, gözüyle çok yüksek bir çözünürlük elde eder; uçuş sırasında bile zemin koşullarını mükemmel bir şekilde gözlemleyebilir ve bunları son derece hızlı bir şekilde yorumlayabilir. Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar şu anda bu performansın teknik bir kopyası üzerinde çalışıyorlar: Bir uçağa bağlanan bir radar cihazıyla, yalnızca zemini katı bir şekilde gözlemlemekle kalmayıp, aynı zamanda yüksek üç boyutlu çözünürlüğe sahip çevik bir görüş alanına da sahip olun, yırtıcı kuş gibi. İlginç senaryolara daha yakından bakmak için görüş açısını hızla değiştirebilmelidir. Gelecekte hangi senaryoların ilgi çekici olduğuna da geliştirilmekte olan bir algoritma karar verecek.
Yüksek çözünürlük ve eş zamanlı görüş yönü değişikliği
Hedef: Yer manzaralarını yüksek çözünürlükte tarayabilen, içerideki hareketli hedefleri tespit edebilen, bunları yüksek doğrulukla takip edebilen ve bu amaçla gönderme ve alma ışınlarını mikrosaniyeler içinde ve son derece hassas bir şekilde döndürebilen çok işlevli bir radar. . Yer gözlemine yönelik geleneksel radarlar çoğunlukla X bandında çalışırken, araştırmacılar, frekansları X bandından yaklaşık dört kat daha yüksek olan yeni radar için Ka bandına güveniyorlar. Bunu yapmak için, sentetik açıklıklı radarı veya SAR'ı hareketli hedef tespit ve izleme (GMTI) yeteneğiyle birleştiriyorlar. Bu, yüksek sistem bant genişlikleri gerektirir: çünkü yalnızca bunlar görüntüleme çalışma modlarında yüksek çözünürlük sağlar; şu anda bile elde edilen zemin çözünürlükleri iki santimetreye iki santimetreden daha azdır. Bir zorluk: Özellikle, sonuçta çevik bir görüş alanı oluşturan görüş yönündeki değişiklikler durumunda, yüksek sinyal bant genişliklerinde kalite kayıpları meydana gelir ve radar ışınının gerçek görüş yönünden sapması sağlanır. Buna aynı zamanda frekansa bağlı faz bozulması veya şaşılık etkileri de denir. Donanım geliştirmedeki yeni yöntemler bu istenmeyen etkileri önleyebilir. Radar sisteminin ilgili bileşenleri, özellikle antenin ön ucunda, ataletsiz, elektronik 2D ışın yönlendirmesinin mümkün olacağı şekilde tasarlanmalıdır; yani ışın hem yatay hem de dikey olarak maksimum doğrulukla yönlendirilebilir. Araştırmacılar bu nedenle çeşitli yönlerde bozulmadan sinyal yayılımını sağlamak istiyorlar. Sinyal-gürültü oranının ve ulaşılacak aralığın optimize edilmesinde daha ileri zorluklar yatıyor; araştırma ekibi aynı zamanda projenin bir parçası olarak bu noktaları da optimize ediyor.
Küçük ve hafif
Başka bir husus – ve radarın Ka bandında çalışmasının amacı: Klasik X bandı radarları nispeten büyüktür. Ka bandı daha küçük ve daha hafif anten ve sensörlere olanak sağlar. Anten açıklığının boyutu (enerjiyi çevredeki alana yayan alan), X bandından Ka bandına geçiş yapılarak yüzde 90 oranında azaltılabiliyor. Bu, özellikle hafif uçaklar ve insansız hava araçları gibi küçük hareketli hava platformlarında çok işlevli radar sensörleri kullanıldığında veya gelecekte farklı yönlerden senaryoları gözlemlemek için kaynaşan hava platformlarının oluşumlarında kullanıldığında önemlidir. Ayrıca araştırma ekibi, sistemin geri kalanının (arka uç) boyutlarını küçültülmüş anten açıklığıyla eşleştirmek için çalışıyor. Bu öncelikle elektroniklerin kompakt tasarımını gerektirir. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, ısı üretimi ve termal yönetimle ilgili soruları da gündeme getiriyor; sonuçta ısı, küçük hacimlerden daha zayıf bir şekilde dağıtılıyor. Projede buna uygun konseptler de araştırılıyor.
Bu tür hacim azaltmanın temelinde, Ka bandı için entegre yüksek frekanslı çipler ve kompakt tasarım teknikleri bulunurken aynı zamanda performansı da artırır. Özel bir zorluk, aynı sistem performansı için radarın menzilini azaltan, X bandına kıyasla Ka bandında sinyal yayılımı için artan boş alan zayıflamasında yatmaktadır. Bu nasıl benzer seviyelerde tutulabilir? Bu noktada azaltılmış hacimli sensör teknolojisi yeniden devreye giriyor: daha küçük bir alana daha fazla anten elemanı yerleştirilebildiğinden, alan başına yayılan güç artar; bu da menzil açısından kaybın telafi edilmesine yardımcı olur. Ayrıca Ka bant sinyal enerjisi ile aydınlatma sırasında yer yapılarının yansıtıcılığının önemli ölçüde artması, hedef alan ile radar arasındaki mesafenin artmasına da yardımcı olmaktadır. Teknik açıdan ise araştırmacılar sistemin dizi modüllerinin prototiplerini zaten geliştirdiler ve test ortamları da hayata geçirildi. Şu anda aşamalı bir dizi göstericinin yapımı üzerinde çalışıyorlar ve bir sonraki adım, ön uç bileşenlerin seri üretimi olacak.
İletişim açısından da ilginç
Uygulamalar söz konusu olduğunda, yeni radar özellikle yer koşullarının havadan keşfi için uygundur; sonuçta, yüksek çözünürlük yeteneğinden dolayı görüntüleme uygulamasına odaklanılmaktadır. Ancak araştırmacılar diğer uygulamaları da gözetliyor: Örneğin, elektronik ışın yönü kontrolü türü iletişim sistemleri için de kullanılabilir. Bu, yer istasyonu ile uydular arasında geniş bant iletişimi sağlayan gelecekteki elektronik olarak dönen geniş bant antenler için özellikle ilgi çekicidir. Veya örneğin bir uydu bağlantısı aracılığıyla bir uçağın yer istasyonuyla iletişimi için: Örneğin, gövdeye monte edilen kompakt elektronikler aracılığıyla, uçağın birleşik iletişim ve radar sistemi, gökyüzüne dağılmış çeşitli uyduların alternatif görünümlerine sahip olacaktır. – yine görüş açısında her zaman çok hızlı değişiklikler yapılması gerekir. Hava sahasının yerden izlenmesi gerektiğinde, gözlem antenlerinin görüş yönünün çevik bir şekilde değiştirilmesi de gereklidir. Olası bir senaryo, havaalanında güvenliği artırmak için drone radarıdır. Projede araştırma ekibi tarafından yürütülen araştırmalar, radarların iletişim görevleri için ve bunlarla birlikte yeni uygulamalarına zemin hazırlıyor."
8. 3D BASKILI ANTEN
"İnsansız hava araçlarının yanı sıra her türlü araçtaki yüksek performanslı radar sistemleri, mümkün olduğunca hafif ve kompakt sistemler gerektirir. Bunu akılda tutarak, Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar, metal tabanlı muadillerine göre önemli ölçüde daha kompakt ve üretimi daha kolay olan, radar uyumlu 3D baskılı dalga kılavuzu tabanlı anten dizisi sistemleri geliştiriyorlar.
Savunma, uydu, tıbbi veya otomotiv uygulamaları olsun, yeni nesil radarlar daha hafif, kompakt ve uygun maliyetli olmanın yanı sıra daha fazla bant genişliği, menzil ve güç gerektirecek ve bu da yalnızca son derece karmaşık çözümlerle elde edilebilecek. Pek mümkün görünmüyor mu? Şu ana kadar bu izlenim bizi etkiliyor: Sonuçta, dalga kılavuzu tabanlı anten dizileri genellikle normalde metalden yapılmış çok sayıda küçük ve ağır parçadan oluşuyor; bunların üretimi de son derece karmaşık ve dolayısıyla maliyetli.
3D baskı teknolojisi bir çıkış yolu sunuyor. Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar, yüksek bant genişliğine sahip çeşitli ışınım elemanlarından oluşan yeni dalga kılavuzu anten dizisi tasarımları geliştirmek için buna güveniyorlar. Dizi 3D yazıcıdan geliyor ve plastikten yapılmış; dolayısıyla ortaya çıkan anten dizileri metal benzerlerinden çok daha hafif. Bir diğer öne çıkan nokta ise karmaşık yapıya rağmen antenin tek adımda üretilebilmesi, üretimi çok daha kolay ve uygun maliyetli hale getiriyor. 3D baskı teknolojisi kullanılarak, sistem verimliliğinden ödün vermeden daha kompakt dalga kılavuzu anten dizisi tasarımları da gerçekleştirilebilmektedir.
Plastiğin kendisi bir antenin gerektirdiği elektromanyetik özelliklere sahip olmadığından araştırmacılar onu bir bakır ve nikel tabakasıyla galvanizliyor. Geliştirilen sürecin benzersiz özellikleri, metalizasyon katmanının yalnızca dış yüzeye uygulanmasına olanak tanıyor; bu da üretim sürecini daha da basitleştiriyor ve yapının iç kısımlarıyla uğraşma ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Uygulanan bakır tabakası elektromanyetik olayın oluşmasına izin verirken, nikel bu tabakayı stabilize ederek oksidasyon ve korozyondan korur. Sonuç şimdiden etkileyici: 8 GHz ila 21 GHz frekans aralığında çalışan ve 17 dBi yönlülüğe sahip 3D baskılı anten, Fraunhofer FHR'de başarıyla test edildi.
Şu anda FHR'deki araştırmacılar, yeni üretim yaklaşımlarını araştırarak ve tasarımlarına uygulanacak yeni malzemeleri test ederek 3D baskılı yapıların performansını artırmayı sabırsızlıkla bekliyorlar."
(Kaynak: FHR)
DEVAM EDECEK...