Жер бетіне жақын ұшу үшін радар технологиясы

Кіріспе

Төмен қабатта ұшуға арналған радиолокациялық жүйе

Жер бедерін бақылайтын радиолокациялық жүйе (TFR) – әскери авиациялық технология, ол өте төмен ұшатын ұшақтың жер бетінен автоматты түрде салыстырмалы тұрақты биіктікте ұшуын қамтамасыз етеді, соның арқасында жаудың радиолокациялық жүйесімен анықталуы қиындатылады. Оны кейде "жерге жақын ұшу" немесе "жерді құшақтап ұшу" деп те атайды. "Жер бетіне тиісіп ұшу" термині де қолданылуы мүмкін, бірақ көбінесе радиолокациялық жүйе қолданбайтын төмен қабатта ұшатын әскери тікұшақтарға қатысты қолданылады. TFR жүйелері ұшақтың алдындағы радиолокациялық сәулені тік бағытта сканерлеу арқылы жұмыс істейді және радиолокациялық сигналдың қашықтығы мен бұрышын алдын ала есептелген идеалды маневр қисығымен салыстырады. Жер бедері мен идеалды қисық арасындағы қашықтықты салыстыра отырып, жүйе ұшақты алдын ала белгіленген қашықтықта жер бедерінен өткізетін маневрді есептейді, көбінесе бұл қашықтық шамамен TFR пайдалану ұшаққа өте төмен қабатта және жоғары жылдамдықпен жер бедерін автоматты түрде бақылап ұшуға мүмкіндік береді. Жер бедерін бақылайтын радиолокациялық жүйелер ұқсас "жерге соқтығыспау" радиолокациялық жүйелерінен ерекшеленеді; жерге соқтығыспау жүйелері карта сияқты бейнеленген дисплейді жасау үшін көлденең сканерлейді, содан кейін навигатор жоғары жер бедерінің ерекшеліктерінен аулақ болатын бағытты жоспарлау үшін оны пайдаланады. Екі техника жиі бір радиолокациялық жүйеде біріктіріледі: навигатор жерге соқтығыспау режимін төменгі қабаттағы жер бедері сияқты аңғарлар арқылы өтуге қолайлы бағытты таңдау үшін пайдаланады, содан кейін TFR режиміне ауысады, ол осы бағытты ең төменгі биіктікте ұшып өтеді. Бұл концепция алғаш рет 1950 жылдары Корнелл авиациялық зертханасында әзірленді. Ол алғаш рет 1959 жылы Ferranti компаниясы TSR 2 ұшағымен пайдалану үшін өндіріс түрінде жасалды және 1962 жылы English Electric Canberra сынақ ұшағында алғашқы сынақ ұшуы өтті. TSR 2 жобасы ақырында тоқтатылғанымен, бұл концепция 1960 және 70-ші жылдардағы шабуылдық ұшақтар мен ұрыс ұшақтарында, соның ішінде General Dynamics F 111, Panavia Tornado және Sukhoi Su 24 "Fencer" ұшақтарында кеңінен қолданылды. 1990 жылдары жасырын ұшақтар технологиясының кеңінен енгізілуі, әуе шабуылына қарсы қарулардан аулақ болу мәселесін шешу үшін төмен қабатта ұшуды азайтуға әкелді және бұл техника енді кең таралған емес. Бұл кластағы ұшақтардың көпшілігі қазіргі кезде қызметтен шығарылды, бірақ Su-24 және Tornado кейбір елдерде әлі де қолданылуда.

Terrain following radar (TFR) is a military aerospace technology that allows a very low flying aircraft to automatically maintain a relatively constant altitude above ground level and therefore make detection by enemy radar more difficult. It is sometimes referred to as ground hugging or terrain hugging flight. The term nap of the earth flight may also apply but is more commonly used in relation to low flying military helicopters, which typically do not use terrain following radar. TFR systems work by scanning a radar beam vertically in front of the aircraft and comparing the range and angle of the radar reflections to a pre computed ideal manoeuvring curve. By comparing the distance between the terrain and the ideal curve, the system calculates a manoeuvre that will make the aircraft clear the terrain by a pre selected distance, often on the order of Using TFR allows an aircraft to automatically follow terrain at very low levels and high speeds. Terrain following radars differ from the similar sounding terrain avoidance radars; terrain avoidance systems scan horizontally to produce a map like display that the navigator then uses to plot a route that avoids higher terrain features. The two techniques are often combined in a single radar system: the navigator uses the terrain avoidance mode to choose an ideal route through lower altitude terrain features like valleys, and then switches to TFR mode which then flies over that route at a minimum altitude. The concept was initially developed at the Cornell Aeronautical Laboratory in the 1950s. It was first built in production form starting in 1959 by Ferranti for use with the TSR 2 aircraft, flying for the first time in an English Electric Canberra testbed in 1962. While the TSR 2 project was ultimately abandoned, the concept was widely deployed in 1960s and 70s strike aircraft and interdictors, including the General Dynamics F 111, Panavia Tornado and Sukhoi Su 24 "Fencer". The wider introduction of stealth aircraft technologies through the 1990s has led to a reduction in low altitude flight as a solution to the problem of avoiding anti aircraft weapons and the technique is no longer common. Most aircraft of this class have since retired although the Su 24 and Tornado remain in use in some numbers.

Технология

Жүйе радардың жоғары және төмен қарай сканерлеуі кезінде ұшақтың алдындағы жер аумағына радар сәулесін жіберу арқылы жұмыс істейді. Сигнал қысқа импульстер сериясы түрінде жіберіледі және осы импульстердің жерден шағылысуы өте күшті сигналды тудырады. Импульстің жерге жетіп, кері оралуына кеткен уақыт ұшақтың алдындағы жерге дейінгі қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді. Ұшаққа қатысты бұрышты тік гимбалға орнатылған сенсор анықтайды, ол калибрленген кернеуді қайтарады. Радар импульстерді жіберіп жатқанда, функция генераторы ұшақтың қалаулы маневр қисығын көрсететін өзгеретін кернеуді шығарады. Бұл қисық пішіні бойынша шаңғыдан секіру трамплиніне ұқсас – ұшақтың астында жалпақ, ал алдында жоғары қарай иіліп тұрады. Қисық, ұшақ тұрақты күшпен маневр жасағандағы траекториясын көрсетеді, ал ұшақтың астындағы жалпақ бөлік, басқарудың инерциясы салдарынан маневрді бастамас бұрын ұшақ түзу сызып қозғалатын қашықтықты көрсетеді. Соның нәтижесінде пайда болған күрделі қисық пилот таңдаған қашықтыққа қарай жылдырылады. Импульстердің жіберілу уақыты тік сканерлеуден әлдеқайда жылдам болғандықтан, әр импульс үшін бұрыш белгілі болады. Импульс жіберілген кезде функция генераторы іске қосылады. Сигнал кері қайтарылғанда, жүйе сол сәттегі генератордың шығысын радардағы бұрыш сенсорының шығысымен қосады. Нәтижесінде алынған кернеу нақты және қалаулы орналасу арасындағы бұрышты көрсетеді. Егер кернеу оң болса, жер қисықтан жоғары орналасқан, теріс болса – төмен орналасқан. Бұл айырмашылық бұрыштық қате деп аталады. Ұшақты басқару үшін, бір толық тік сканерлеу кезеңінде осы өлшемдердің сериясы алынады, содан кейін сканерлеу кезінде бұрыштық қателігінің ең үлкен оң немесе ең кішкентай теріс мәні тіркеледі. Бұл кернеу – ұшақтың таңдалған жүктеме коэффициентімен маневр жасағанда жерге қатысты қажетті биіктікте ұшуы үшін қажетті қисайту бұрышының өзгеруін көрсетеді. Бұл мәліметтер автоматты пилотқа беріледі немесе пилоттың бас дисплейінде көрсетіледі. Бұл процесс үнемі есептелетін траекторияны құрады, ол жер бетіне тұрақты маневрлік жүктемемен көтеріліп, түседі. Бұл қарапайым алгоритмнің бір кемшілігі – есептелген траектория ұшақты дөңестің жоғарғы жағына жақындағанда оңға қарай бұрады. Бұл ұшақтың шыңнан өтіп, көтерілуін тоқтатпай, аңғарға түсуіне дейін біраз уақыт кетеді. Бұл құбылыс "көтерілу" деп аталды. Бұл мәселені шешу үшін нақты қолданыстағы жүйелерге қосымша шарт қосылды, ол үлкен орын ауыстыруларға қарсы ұшақтың жылдамдатылған көтерілуін қамтамасыз етті. Бұл ұшақтың қажетті биіктікке қалыптыдан ертерек жетуіне және шыңға жеткенше жылдамдауын тоқтатуына мүмкіндік берді. Радар тек тікелей көретін нысандарды ғана анықтай алатындықтан, басқа дөңестердің артындағы дөңестерді көре алмайды. Ұшақтың аңғарға құлауын болдырмау үшін, теріс күш шегі әдетте төмен болды, шамамен жарты күш деңгейінде. Жүйелер су үстінде де қиындықтарға тап болды, себебі радар сәулесі алға шашырап, теңіз тыныш болмаса, ұшаққа аз сигнал қайтаратын. Мұндай жағдайда жүйе радиоалтиметрді пайдалану арқылы тұрақты биіктікті сақтауға көшеді. Жерге түсуден аулақ болу жүйесі әдетте салыстырмалы түрде жұмыс істейді, яғни нысандардың абсолютті биіктігі маңызды емес. Кейбір жағдайларда, биіктік айырмасын немесе оның жоқтығын көрсету үшін абсолютті мәнді ұсыну қажет. Кез келген нысанның ұшаққа қатысты биіктігі мына формула арқылы есептелуі мүмкін: H – радиоалтиметрмен өлшенген жердің биіктігі, φ – бұрыш, R – радармен өлшенген қашықтық, ал h – нысанның қазіргі ұшу траекториясынан алынған биіктігі. Ұшақ пен жердің арасындағы қашықтық H – h тең болады.

The system works by transmitting a pencil beam radar signal towards the ground area in front of the aircraft while the radar scans up and down. The signal is sent as a series of brief pulses and the reflections of these pulses off the ground produces very powerful returns. The time the pulse takes to travel to and from the terrain produces a range measurement to the terrain in front of the aircraft. The angle relative to the aircraft is returned by a sensor on the vertical gimbal that returns a calibrated voltage. At the same time that the radar is sending out pulses, a function generator is producing a varying voltage representing a preferred manoeuvring curve. This is similar in shape to a ski jump ramp, flat under the aircraft and then curving upward in front of it. The curve represents the path the aircraft would take if it was manoeuvring at a constant g force, while the flat area under the aircraft extends forward a short distance to represent the distance the aircraft moves in a straight line before starting that manoeuvre due to control lag. The resulting compound curve is displaced by a pilot selected desired clearance distance. The timing of the pulses is much faster than the vertical scanning, so for any one pulse the angle is fixed. When then pulse is sent, the function generator is triggered. When the return is seen, the system sums the output from the generator at that instant with the output from the angle sensor on the radar. The resulting voltage represents the angle between the actual and preferred location. If the voltage is positive, that means the terrain lies above the curve, negative means it is below. This difference is known as the angle error. To guide the aircraft, a series of these measurements are taken over the period of one complete vertical scan out to some maximum distance on the order of The maximum positive or minimum negative value of the angle error during the scan is recorded. That voltage is a representation of the change in pitch angle the aircraft needs to fly at to keep itself at the desired clearance altitude above the terrain while manoeuvring at the selected load factor. This can be fed into an autopilot or displayed on the pilot's heads up display. This process produces a continually computed path that rises and falls over the terrain with a constant manoeuvring load. One problem with this simple algorithm is that the calculated path will keep the aircraft in positive pitch as it approaches the crest of a hill. This results in the aircraft flying over the peak while still climbing and taking some time before it begins to descend again into the valley beyond. This effect was known as "ballooning". To address this, real world units had an additional term that was applied that caused the aircraft to climb more rapidly against larger displacements. This resulted in the aircraft reaching the desired clearance altitude earlier than normal and thus levelling off before reaching the peak. Because the radar only sees objects in the line of sight, it cannot see hills behind other hills. To prevent the aircraft from diving into a valley only to require a hard pull up, the negative G limit was generally low, on the order of one half G. The systems also had problems over water, where the radar beam tended to scatter forward and returned little signal to the aircraft except in high sea states. In such conditions, the system would fail back to a constant clearance using a radio altimeter. Terrain avoidance normally works in a relative fashion; that is, the absolute altitudes of objects are not important. In some cases, it is desirable to provide an absolute number to indicate the amount of clearance or lack of it. The height of the top of any particular feature relative to the aircraft can then be calculated through , where H is the altitude over the ground measured by the radio altimeter, φ is the angle and R the range measured by the radar, with h being the resulting height of the object over the current flight path. The clearance between the aircraft and terrain is then H h.

Корнеллдегі алғашқы жұмыстары

TFR тұжырымдамасының тарихы АҚШ Әскери-әуе күштерінің Аэронавтикалық жүйелер бөлімінде Корнелл аэронавтикалық зертханасында жүргізілген зерттеулерге бастау алады. Бұл "Автофлайт" деп аталатын жүйенің дамуына әкелді. Алғашқы әуедегі ұстап алу радарлары төрт градусқа жуық сәуле кеңістігіне ие конустық сканерлеу жүйелерін пайдаланды. Сәуле жерге тиген кезде, сигналдың бір бөлігі ұшаққа қайта шағылысады, бұл ұшаққа алдындағы жерге дейінгі қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді. Төменге қарай бұрышпен қарағанда, радардың дөңгелек сәулесінің жақын және алыс бөліктері жерде эллипс түрінде таралады. Бұл үлгіден алынған сигнал радар экранында да сондай таралып, жерді болдырмау үшін жеткілікті дәл болмаған "блип" тудырады. Дегенмен, ол ұшақтың астындағы жердің картасын сияқты бейнелеуге жететін дәлдікке ие болды, бұл H2S радарының соғыс уақытында дамуына себеп болды. Жерді ұшқындау үшін қажетті дәлдікті қамтамасыз ету үшін TFR жүйелері моноимпульстік радар тұжырымдамасына негіделген болуы керек. Моноимпульстік техника дәстүрлі конструкциямен бірдей енді сәуле шығарады, бірақ радиосигналға қосымша ақпарат қосады, көбінесе поляризация арқылы, нәтижесінде екі жеке сигнал орталық бөлігінде бірігіп, сәл әртүрлі бағытта жіберіледі. Сигналдар қабылданғанда, қабылдағыш бұл қосымша ақпаратты сигналдарды қайта бөлу үшін пайдаланады. Егер бұл сигналдар тік бағытта бағытталса, төменгі сәуле ұшаққа жақын жерге тиіп, бұрынғы радарлардағыдай кең таралған сигнал тудырады, ал жоғарғы сәуле ұқсас сигналды, бірақ сәл алыс жерде тудырады. Екі сигнал бірігіп, созылған эллипс құрайды. Моноимпульстік техниканың ерекшелігі - сигналдардың өте нақты тәсілмен бірігуі. Егер бір сигналды инверсиялап, содан кейін оларды қоссаңыз, нәтижесінде синусоидальды толқынға ұқсас кернеу шығысы пайда болады. Сәуленің нақты ортасы кернеудің нөлге тең болатын жері. Бұл сигналдың орта сызығымен дәл сәйкес келетін және қарапайым электроника арқылы оңай анықталатын өлшеуді қамтамасыз етеді. Қашықтықты нөлдік қиылыстың нақты сәтін анықтау арқылы дәл анықтауға болады. Километрлер қашықтықтағы нысандарды өлшеуде метрлік дәлдікке қол жеткізіледі.

The TFR concept traces its history to studies carried out at the Cornell Aeronautical Laboratory for the USAF Aeronautical Systems Division. This led to the development of a system known as "Autoflite." Early Airborne Interception radars used conical scanning systems with beamwidths on the order of four degrees. When the beam hits the ground, some of the signal scatters back toward the aircraft, allowing it to measure the distance to the ground in front of it. When looking downwards at an angle, the near and far side of the radar's circular beam was spread out into an ellipse on the ground. The return from this pattern produced a "blip" that was similarly spread out on the radar display and not accurate enough for terrain avoidance. It was, however, accurate enough to produce a low resolution map like display of the ground below the aircraft, leading to the wartime development of the H2S radar. To provide the accuracy required for terrain following, TFR systems have to be based on the monopulse radar concept. The monopulse technique produces a beam of the same width as a traditional design, but adds additional information in the radio signal, often using polarization, which results in two separate signals being sent in slightly different directions while overlapping in the center. When the signals are received, the receiver uses this extra information to separate the signals back out again. When these signals are oriented vertically, the signal from the lower beam hits the ground closer to the aircraft, producing a spread out blip as in the case of earlier radars, while the upper beam produces a similar blip but located at a slightly further distance. The two blips overlap to produce an extended ellipse. The key feature of the monopulse technique is that the signals overlap in a very specific way; if you invert one of the signals and then sum them, the result is a voltage output that looks something like a sine wave. The exact midpoint of the beam is where the voltage crosses zero. This results in a measurement that is both precisely aligned with the midline of the signal and is easily identified using simple electronics. The range can then be accurately determined by timing the precise moment when the zero crossing occurs. Accuracies on the order of a meter for measurements of objects kilometers away are commonly achieved.

Ұлыбританиядағы даму

Корнеллдің есептері Ұлыбританияда пайда болды, онда олар жаңа шабуылдық ұшақтың концепциясының негізін құрады, ол ақырында BAC TSR 2 ретінде қалыптасты. TSR 2 жобасы 1955 жылы GOR.339 құжаты жарияланғаннан кейін ресми түрде басталды және қажетті төмен деңгейдегі көрсеткіштерді қамтамасыз ету үшін TFR қолданылуы тез шешілді. Корольдік ұшақ құрылысы институты бөлмені толтырған дискретті электрониканы пайдалана отырып, жүйенің симуляторын жасады. Осы кезеңде Корольдік әуе күштері ең жаңа, English Electric Lightning ұшағымен таныстырды. Lightning ұшағы әлемдегі алғашқы әуедегі моноимпульсті радармен, Ferranti компаниясы Эдинбургте әзірлеген AIRPASS жүйесімен жабдықталды. Lightning ұшағының жағдайында AIRPASS компьютері ұзақ қашықтықта тиімді кесу траекториясын құру үшін көлденең бұрышты дәл өлшеу үшін моноимпульстік сигналды пайдаланды. TFR қолдану үшін антенна бұрылуы керек еді, сонда ол көлденең емес, тік бұрышты өлшейтін болды. Керемет емес, Ferranti 1957 немесе 58 жылдары радар компоненті үшін келісімшартты жеңіп алды. Жоба басталғаннан кейін көп ұзамай, 1959 жылы жоба жетекшісі Гас Скотт жақын маңдағы Гленротстағы Hughes Microcircuits компаниясына кетіп, команданы Грег Стюарт пен Дик Старлинг қабылдады. Алғашқы жүйе AI.23B AIRPASS-тың қалдықтарынан құрастырылды және сынақтар үшін Land Rover көлігіне тіркеліп, сүйретілуі мүмкін болды. Маңызды мәселе – қайтарылған сигналдың мөлшері жер бетіне байланысты күрт өзгереді; ғимараттың тік қабырғалары құмнан немесе құрғақ жерден келген сигналдан шамамен 10 миллион есе күшті сигнал беретін жартылай кубты құрайды. Жылдам өзгеріп отыратын сигналдармен жұмыс істеу үшін 100 дБ диапазоны бар автоматты күшейтуді басқару жүйесі әзірленді. Радар ұшақтың аспаптарын пайдалана отырып, тұрақтандырылған бағыт сызығына қатысты салыстырмалы бұрыштарды ғана өлшейді, сондықтан ұшақтың радио биіктік өлшегіші нақты биіктіктерді есептеу үшін анықтама ретінде қолданылады. Радардың сәулесінің ені соншалықты кішкентай болғандықтан, егер ұшақ жанына қарай соққыға ұшыраса немесе объектіге жақын бұрылыс жасаса, ұшу жолының екі жағындағы объектілер қауіпті болуы мүмкін. Осыдан сақтану үшін радар «О» пішіндес үлгіде сканерлейді, ұшу жолынан 8 градустан 12 градусқа дейін тік сканерлейді, сонымен қатар ұшу жолының сол және оң жағына бірнеше градусқа жылжиды. Сонымен қатар, жүйе аспаптардан бұрылу жылдамдығын оқып, сканерлеу үлгісін солға немесе оңға жылжытып, ұшақтың болашақта болатын жерін өлшейді. Жүйені сынау үшін Ferranti Test Flight компаниясының DC 3 Dakota және 1961/62 жылдың қысынан бастап English Electric Canberra ұшақтары қолданылды. Сынақ ұшағында әр түрлі бағытта қараған камералар, соның ішінде ұшақтың аспаптары мен радар дисплейлеріне қарағандары орнатылды. Бұл ұшудан кейін жүйе жерде жан-жақты тексерілуіне мүмкіндік берді. Әр ұшу 100 мильден астам ұшу деректерін қайтарды және 250-ден астам ұшу жүргізілді. Алғашқы сынақтарда өлшемдерде кездейсоқ шу байқалды, бұл оларды пайдасыз етті. Бұл ақырында сканерлеу үлгісінің жоғарғы жағында, жер әдетте алыс қашықтықта болатын және ең көп күшейтуді қажет ететін автоматты күшейтуді басқаруға өте жоғары күшейткішпен байланысты болды. Бұл антеннаның бүйір жағындағы жалған шағылысуларды кедергі тудыратын деңгейге дейін күшейтудің жанама әсерін тудырды. Бұл мәселе «О» пішіндес үлгіден «U» пішіндес үлгіге ауысу арқылы шешілді және күшейтуді тек жоғары қарай сканерлеу кезінде ғана арттыруға рұқсат берілді, бұл төмен қарай қозғалғанда жоғары күшейтуге қайта бейімделуін болдырмау үшін және осылайша төменгі жердің жоғары күшейтумен бүйір жағында пайда болуын болдырмау үшін. Даму кезінде электроникадағы жетістіктер бастапқы вакуумдық электронды құрылғылардың транзисторлармен алмастырылуына мүмкіндік берді, нәтижесінде жалпы алғанда әлдеқайда кішкентай жүйе пайда болды. Жүйені одан әрі жетілдіру кезінде оны жоғары жылдамдықты сынау үшін Blackburn Buccaneer ұшағына орнатылды. Сынақтар Эдинбург әуежайындағы RAF Turnhouse-тан, Ferranti компаниясының қаладағы радарлық даму алаңына жақын жерде жүргізілді. Сынақ кезінде радар ұшақтың автопилоттық жүйесіне қосылмады және барлық басқару қолмен жүргізілді. Траектория 1,5 G ең жоғары жүктеме алу үшін таңдалды. Ұшу бағыты AIRPASS дисплейіндегі нүктемен көрсетілді. Ұшқыш ұшақтың жылдамдық векторының индикаторы, кішкентай сақина, нүктеге ортақталғанша, есептелген траекторияны ұшып өтті. Сынақтар кезінде ұшқыштар жүйеге тез сенімді болды және тіпті нашар ауа райында да оны ең төменгі рұқсат деңгейінде ұшуға дайын болды. Ұшқыштар жүйемен танысқан сайын, инженерлер үнемі таңдалған аралықты төмендетіп, оның қауіпсіз және тегіс жұмыс істеу қабілетін орташа есеппен тек аралықта көрсеткенше дейін азайта берді. Бұл қиын жерлерде, соның ішінде тау жоталарында, тұйық аңғарларда және тіпті тік жартастарда сынақтан өтті. Сондай-ақ, ол Cairn O' Mounth телеантенналары және Kirk o' Shotts хабар тарату станциясы, River Forth өзені үстіндегі көпірлер және жоғары кернеулі электр желілері сияқты жасанды объектілердің үстінен дұрыс бағыттап жүргізе алатыны анықталды.

The Cornell reports were picked up in the UK where they formed the basis of an emerging concept for a new strike aircraft, which would eventually emerge as the BAC TSR 2. The TSR 2 project was officially started with the release of GOR.339 in 1955, and quickly settled on the use of TFR to provide the required low level performance. The Royal Aircraft Establishment built a simulator of the system using discrete electronics that filled a room. During this same period, the Royal Air Force was introducing its newest interceptor aircraft, the English Electric Lightning. The Lightning was equipped with the world's first airborne monopulse radar, the AIRPASS system developed by Ferranti in Edinburgh. In the case of the Lightning, the monopulse signal was used to accurately measure the horizontal angle, in order to allow the AIRPASS computer to plot an efficient intercept course at long range. For TFR use, all that had to change was that the antenna would be rotated so it measured the vertical angle instead of horizontal. Unsurprisingly, Ferranti won the contract for the radar component sometime in 1957 or 58. Shortly after the project started, in 1959 the project lead, Gus Scott, left for Hughes Microcircuits in nearby Glenrothes, and the team was taken over by Greg Stewart and Dick Starling. The initial system was built from a surplus AI.23B AIRPASS, and could be mounted to a trailer and towed by a Land Rover for testing. A significant issue is that the amount of signal returned varies greatly with the terrain; a building's vertical walls produces a partial corner cube that returns a signal that is about 10 million times stronger than the signal from sand or dry ground. To deal with the rapidly changing signals, an automatic gain control with 100 dB of range was developed. The radar measures only relative angles in reference to the stabilized boresight line using aircraft instruments, so the aircraft's radio altimeter is used to produce a reference to calculate actual altitudes. The beamwidth of the radar was small enough that objects to either side of the aircraft's flight path might be a potential hazard if the aircraft was blown sideways or started a turn close to the object. To avoid this, the radar scanned in an O shaped pattern, scanning vertically from 8 degrees over the flight path to 12 degrees below it, while moving a few degrees left and right of the flight path. Additionally, the system read turn rates from the instruments and moved the scanning pattern further left or right to measure the terrain where the aircraft would be in the future. Tests of the system were carried out using Ferranti Test Flight's existing DC 3 Dakota and, starting over the winter of 1961/62, an English Electric Canberra. The test aircraft carried cameras looking in various directions, including some looking at the aircraft instruments and radar displays. This allowed the system to be extensively examined on the ground after the flight. Each flight returned data for flights over about 100 miles, and over 250 such flights were carried out. Early tests showed random noise in the measurements which rendered the measurements useless. This was eventually traced to the automatic gain control using very high gain while at the top of the scanning pattern where the terrain was normally at long distances and required the most amplification. This had the side effect of making spurious reflections in the antenna's side lobes being amplified to the point of causing interference. This was addressed by moving from an O shaped pattern to a U shaped one, and only allowing the gain to increase when scanning upward to prevent it from re adjusting to high gain when moving downward and thereby avoiding low lying terrain appearing in the sidelobes with high gain. Advances in electronics during development allowed the original vacuum tube electronics to be increasingly transistorized, producing a much smaller system overall. As the system was further developed it was moved to a Blackburn Buccaneer for higher speed testing. The tests were carried out from RAF Turnhouse at the Edinburgh Airport, close to Ferranti's radar development site in the city. During testing, the radar was not connected to the aircraft's autopilot system and all control was manual. The curve was chosen to produce a one half G maximum load. The path to fly was indicated by a dot in an AIRPASS heads up display. The pilot followed the computed path by pitching until the aircraft's velocity vector indicator, a small ring, was centred around the dot. In tests, the pilots very quickly became confident in the system and were happy to fly it at the minimum clearance setting even in bad weather. As the pilots became familiar with the system, the engineers continually reduced the selected clearance downward until it demonstrated its ability to safely and smoothly operate at an average of only clearance. This was tested against rough terrain, including mountain ridges, blind valleys and even cliff faces. It was also found to property guide over artificial objects like the television antennas at Cairn O' Mounth and the Kirk o' Shotts transmitting station, bridges over the River Forth, and overhead power lines.

АҚШ-тағы даму

Корнеллдің жұмысы ерте басталғанмен, себептері толық жазылмағандықтан, АҚШ-тағы одан әрі даму бір кезде жартылай дайын күйде тоқтап қалды. Бұл 1960 жылғы U-2 оқиғасынан кейін күрт өзгерді, нәтижесінде КСРО үстінен жоғарыдан ұшудан төмен биіктіктегі "тегіс өту" (penetrator) тәсіліне жылдам көшілді. Алғашқы уақытта түрлі ұшақтар үшін бірқатар жерді сезу радарлары (terrain avoidance radars) енгізілді. АҚШ-тағы алғашқы нағыз TFR – Texas Instruments AN/APQ 101 болды, ол компанияны көп жылдар бойы TFR нарығындағы көшбасшыға айналдырды. 1960 жылдардың басында олар Phantom II ұшағының RF-4C нұсқасы, Армияның Grumman OV-1 Mohawk және General Dynamics F-111 үшін AN/APQ 110 үлгісіндегі жоғары деңгейдегі TFR жүйелерін жасады. Әртүрлі себептерге байланысты TSR 2 жобасы 1965 жылы F-111 ұшағын сатып алу ниетімен тоқтатылды, ол ұқсас радарға негіделген, ұқсас концепциялық платформа болды. Ferranti-дің дизайнынан өзгеше, APQ 110 бірнеше қосымша басқару элементтерін ұсынды, соның ішінде "қатты", "жұмсақ" және "орташа" сапаны таңдау мүмкіндігі, бұл есептелген траекторияның төмендеу бұрышындағы G күшін 0,25-тен 1 G-ға дейін өзгертіп, әрқашан 3 G дейін көтерілуге мүмкіндік берді. Сонымен қатар, негізгі құрылғы істен шыққан жағдайда резервтік қуат көзін қамтамасыз ететін екінші электрондық блок және жүйедегі түрлі ақаулар туғанда 3 G күшімен көтерілуді автоматты түрде іске қосатын қауіпсіздік режимдері болды.

Таралу

Соңында F-111 ұшағы TSR 2 сияқты кешігулерге және шығындардың артуына ұшырады. Бірнеше ұғымдарды қарастырғаннан кейін, RAF ақырында Buccaneer ұшағын пайдалануға шешім қабылдады. Бұл платформа Ferranti радарымен кеңінен сынақтан өткенімен, бұл мүмкін жаңарту қызметке енгізілмеді. Осы жағдайға наразылық RAF-ті француз әріптестерімен келіссөздер жүргізуге және F-111 ұшағына өте ұқсас BAC/Dassault AFVG ұшағының пайда болуына әкелді. Алғашқы келіссөздер сәтті аяқталғаннан кейін Ұлыбритания F-111K опцияларынан бас тартты. Одан кейін Марсель Дассо жобаны белсенді түрде әлсірете бастады, ал француздар 1967 жылы одан бас тартты. Келесі жылы Ұлыбритания үкіметі көптеген елдермен келіссөздер бастады, нәтижесінде Panavia Tornado ұшағы пайда болды. Texas Instruments компаниясы F-111 TFR тәжірибесін пайдаланып Tornado IDS ұшағына арналған радарлық келісімшартты жеңіп алды.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Жерді бақылайтын радар негізінен әскери соққыға арналған ұшақтарда қолданылады, бұл оларға өте төмен биіктікте (кейде 100 футтан (30 м) төмен) және жоғары жылдамдықпен ұшуға мүмкіндік береді. Дұшпан радарларымен радарлық анықтау және зениттік-ракеталық кешендермен ұшыру үшін нысанаға тікелей көру қажет болғандықтан, жерге жақын және жоғары жылдамдықпен ұшу, ұшақтың анықталуға осалдығын азайтады, оны мүмкіндігінше жердің артына жасырып. Бұл жердің қанатын пайдалану деп аталады. Дегенмен, радарлық сәулелену дұшпанның зениттік-ракеталық кешендерімен оңай анықталуы мүмкін, егер жасыратын жер болмаса, бұл ұшақты нысанаға алуға мүмкіндік береді. Сондықтан жерді бақылайтын радарды пайдалану – жердің қанатын пайдалану арқасында ұшудың жоғарылауы мен ұшақ көрілген жағдайда нысанаға алудың оңайдығы арасындағы шартты келісім болып табылады. Тіпті автоматтандырылған жүйелердің де шектеулері бар, және жерді бақылайтын радары бар барлық ұшақтардың төмен және жылдам ұшуға шектеулері бар. Жүйенің реакция уақыты, ұшақтың жүктемесі және ауа райы сияқты факторлар ұшақтың мүмкіндіктерін шектеуі мүмкін. Радар жақын жердің артында не бар екенін анықтай алмайтындықтан, ұшу жолы өткір жер бедерлерінен "көтерілуге" бейім, бұл жағдайда биіктік қажетсіз жоғары болады. Сонымен қатар, радиоантенналар және электр тіректері сияқты кедергілер радармен кеш анықталуы мүмкін және соқтығысу қаупін тудыруы мүмкін.

Интеграциялау және пайдалану

Бірден көп экипаж мүшесі бар ұшақтарда радарды әдетте навигатор пайдаланады, бұл ұшқышқа төмен қалыпты ұшудың өте күшті талаптарынан басқа, ұшудың басқа да жақтарына назар аударуға мүмкіндік береді. Көптеген ұшақтар ұшқышқа пилот кабинасындағы қосқыш арқылы "қаттылық" деңгейін таңдауға мүмкіндік береді, соның арқасында ұшақ жерге қаншалықты жақын ұшуға тырысатынын және ұшқышқа түсетін күшті реттеуге болады. Tornado IDS сияқты кейбір ұшақтарда екі жеке радар болады, олардың кішігірегі жерді бақылау үшін қолданылады. Дегенмен, Rafale сияқты, фазалық антенналық радары бар жаңа ұшақтарда бір ғана антенна болады, оның сәулесін электрондық түрде бағыттап, алға және жерге қарауға болады.

Басқа қолданыстар

Жер бетін бақылайтын радар кейде жерді картаға түсіріп, оның үстінде тұрақты биіктікте ұшқысы келетін азаматтық ұшақтарда қолданылады. Әскери тікұшақтарда да жер бетін бақылайтын радар болуы мүмкін. Төмен жылдамдығы мен жоғары маневрлеу қабілетіне байланысты, тікұшақтар әдетте қанатты ұшақтардан төмен ұша алады. Қазір коммерциялық дрондарға орнатылатын жүйелер бар, олар жер астын зерттеу үшін жерге енетін радар немесе магнитометриялық сенсорларды тасымалдауға мүмкіндік береді. Бұл жарылмаған оқ-дәрілерді табу және археологиялық зерттеулерде пайдаланылуда.

Баламалар

Жоғары жылдамдықты, төмен биіктіктегі ұшу үшін жерді бақылайтын радарды қолдануға жақын баламалар өте сирек. TERPROM – жерге қатысты навигациялық жүйе, шектеулі, бірақ пассивті жерді бақылау мүмкіндігін ұсынады.