Wielofunkcyjny radar z układem fazowym
 MPAR instalowany w 2003 roku.
| |
| Kraj pochodzenia | USA |
|---|---|
| wprowadzony | 2003 |
| Nie. zbudowany | 1 |
| Typ | Radar pogodowy/lotniczy |
| Częstotliwość | 3200 MHz ( pasmo S ) |
| PRF | 918Hz |
| Szerokość wiązki | burta 1,6° - 2,2° przy 45° |
| Szerokość impulsu | Regulowany do 2,5 μs |
| obr./min | Sterowany mechanicznie |
| Wysokość | 360 m (1180 stóp) |
| Średnica | 3,7 m (12 stóp) |
| Azymut | Sterowany mechanicznie — przewiduje się 4+ anten z rozmieszczeniem operacyjnym |
| Podniesienie | do 60º |
| Moc | 750 kW |
Multifunction Phased Array Radar (MPAR) był eksperymentalnym systemem radaru dopplerowskiego , który wykorzystywał technologię Phased Array . MPAR może skanować pod kątem do 60 stopni w elewacji i jednocześnie śledzić zjawiska meteorologiczne, ulotki biologiczne, niewspółpracujące samoloty i ruch lotniczy . Od 2003 do 2016 roku w kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych istniał jeden operacyjny MPAR - zmodyfikowany AN / SPY-1A wypożyczony NOAA przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych . MPAR został wycofany ze służby i usunięty w 2016 roku.
NOAA i FAA planują ostatecznie wycofać z eksploatacji swoje radary NEXRAD , TDWR i ASR na rzecz kilkuset radarów z układem fazowym, koncepcyjnie podobnych do MPAR.
Historia
MPAR wywodzi się z radaru pokładowego marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych AN / SPY-1. Po raz pierwszy wprowadzony do służby w 1973 roku, kiedy został zainstalowany na USS Norton Sound , AN/SPY-1 stał się standardowym radarem poszukiwawczym Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i marynarki wojennej kilku innych krajów sojuszniczych. Podczas użytkowania odkryto, że wskaźnik fałszywych alarmów był wysoki ze względu na wykrywanie przez radar rojów owadów i bałaganu z pobliskiego terenu górskiego. Chociaż problematyczne dla wojskowego obrony powietrznej , jest to idealne rozwiązanie dla radaru pogodowego i uczyniły radary z układem fazowym głównym kandydatem do wdrożenia w widmie meteorologicznym. Ponieważ różne wersje rodziny AN / SPY, w 2003 r. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych pożyczyła NOAA nadwyżkę radaru AN / SPY-1A do badań meteorologicznych. NOAA zbudowała wieżę i cokół, aby pomieścić antenę i jej komponenty w National Severe Storms Laboratory w Norman, Oklahoma .
Zastosowanie
Konwencjonalne radary zwykle wykorzystują dużą, paraboliczną czaszę do skupiania wiązki radarowej i polegają na silnikach do przesuwania czaszy w azymucie i elewacji. Z kolei układy fazowane to układ anten składający się z wielu małych anten na płaskim panelu, które elektronicznie sterują wiązką radaru, zmieniając fazę sygnału emitowanego z każdego elementu anteny. Sygnały z każdego elementu sumują się w pożądanym kierunku i znoszą się w innych kierunkach, co jest zjawiskiem znanym jako interferencja . Ta zdolność może wyeliminować potrzebę stosowania silników i ruchomych części, co zwiększa niezawodność i może obniżyć koszt systemu. Jednak kąty, pod którymi płaski układ fazowy może sterować wiązką, są ograniczone do maksymalnie około 120°, przy czym 90° jest bardziej realistyczne. Oznacza to, że do zapewnienia pełnego pokrycia w zakresie 360° wymagane są cztery panele, zamontowane pod kątem prostym względem siebie, lub mniej paneli (nawet tylko jeden), zamontowanych na obrotowym cokole, tak jak w przypadku konwencjonalnego radaru talerzowego. Alternatywą jest zbudowanie radaru z wielu wysokich, ale wąskich pasków antenowych ułożonych w cylinder.
W latach 2003-2016 MPAR stanowił rdzeń National Weather Radar Testbed (NWRT), używanego jako test sprawdzający słuszność koncepcji w celu sprawdzenia potencjału meteorologicznego radarów z układem fazowym. MPAR zapewnił znacznie szybsze skanowanie objętości, kompleksowe profilowanie wiatru i pełniejszy wgląd w superkomórkową , jednocześnie śledząc samolot. Dzięki rozdzielczości czasowej w zakresie od 30 do 60 sekund oraz jednosektorowemu rozwiązaniu skanującemu stosowanemu przez MPAR, czas realizacji ostrzeżeń o silnych burzach i tornadach wydłużył się aż o 8 minut z dotychczasowych 13 minut.
Wadą MPAR w porównaniu z obecnie stosowanymi radarami NEXRAD było to, że MPAR nie obsługiwał podwójnej polaryzacji — to znaczy biegunowej orientacji wiązki radarowej. Technologia podwójnej polaryzacji wykorzystuje fakt, że spadające kropelki deszczu mają spłaszczony kształt w wyniku oporu powietrza, a tym samym zwracają inny sygnał w płaszczyźnie poziomej niż w pionowej. Podobnie inne obiekty – śnieg, grad, ptaki i owady, dym – również inaczej odbijają wiązkę radarową w obu płaszczyznach. Różnice te są mierzone przez radar, algorytmy komputerowe przetwarzają dane i wyciągają wnioski na temat charakteru wykrytych opadów. Radar polarymetryczny zapewnia ulepszenia w wykrywaniu tornad, pomiarach natężenia opadów, rozróżnianiu typów opadów i nie tylko. Możliwość podwójnej polaryzacji została wprowadzona do istniejących radarów NEXRAD począwszy od 2011 r. I została ukończona do kwietnia 2013 r. MPAR, będąc projektem z lat 70., nie miał możliwości polarymetrycznych, a modernizacja byłaby kosztowna, jeśli nie niemożliwa. Ograniczenie to zostało uwzględnione w następcy MPAR (patrz sekcja poniżej).
Zastosowania niemeteorologiczne
Poza obserwacjami meteorologicznymi MPAR był zdolny do obserwacji ruchu lotniczego — taka była pierwotna rola potężnych radarów AN/SPY-1, z których wywodzi się MPAR. Możliwość wykrywania i śledzenia statków powietrznych przy jednoczesnym monitorowaniu pogody zwróciła uwagę FAA, która obsługuje liczne radary do celów kontroli ruchu lotniczego (np. seria ASR), a także zlokalizowane w pobliżu lotnisk radary pogodowe (jednostki TDWR) do wykrywania niebezpieczeństw do statków powietrznych, takich jak między innymi stada ptaków , uskoki wiatru i mikropodmuchy . Dziewięć różnych modeli radarów talerzowych można zastąpić jednym radarem z układem fazowym. Skonsolidowanie tych różnych typów radarów i ich funkcji w jeden model doprowadziłoby do oszczędności kosztów dzięki zmniejszeniu liczby potrzebnych radarów nawet o jedną trzecią, usprawnieniu szkoleń i konserwacji oraz zwiększeniu niezawodności dzięki ujednoliceniu części zamiennych.
Emeryt i następca
Chociaż MPAR był potężnym radarem z unikalnymi funkcjami niedostępnymi dla konwencjonalnych radarów meteorologicznych i do obserwacji powietrza, był to stary projekt, wykorzystujący stare części, a jego potencjał modernizacji sprzętu był poważnie ograniczony; pod wieloma względami był gorszy od konwencjonalnych radarów. Aby zrobić miejsce dla bardziej zaawansowanego radaru, MPAR został wycofany ze służby i usunięty z konstrukcji wieży 26 sierpnia 2016 r.
Laboratorium MIT Lincoln kierowało projektem mającym na celu zaprojektowanie dwubiegunowego następcy MPAR, uwzględniającego wiele wniosków wyciągniętych z rozwoju i działania MPAR. Prototyp, nazwany Advanced Technology Demonstrator (ATD), został zainstalowany 12 lipca 2018 r. Na wieży, w której wcześniej znajdował się MPAR, i oczekuje się, że zostanie w pełni uruchomiony w 2019 r. Podobnie jak MPAR, radar ATD jest pasmem S płaski panel fazowany z polem widzenia 90°. Składa się z 76 kwadratowych paneli, z których każdy zawiera 64 elementy promieniujące (łącznie 4864 elementów) rozmieszczonych na antenie o długości 14 stóp (4,3 m) i jest zamontowany na obrotowym cokole podobnym do tych używanych w antenach talerzowych NEXRAD.