Введение
Captor от Euroradar, установленный на Eurofighter Typhoon (CAPTOR M/E, Mechanical/AESA)
Радар Euroradar Captor – это многорежимный импульсно-доплеровский радар нового поколения с механическим сканированием, разработанный для истребителя Eurofighter Typhoon. Разработка Captor привела к проекту Airborne Multirole Solid State Active Array Radar (AMSAR), который в конечном итоге привёл к созданию CAESAR (активная фазированная антенная решётка Captor), теперь известного как Captor E.
Раннее развитие
В июне 1985 года начались дискуссии между различными заинтересованными сторонами о возможности сотрудничества в рамках проекта EFA, который впоследствии стал радаром Eurofighter. В качестве ведущего контрактного партнера были выбраны Ferranti (Великобритания), AEG Telefunken (Германия) и FIAR (Италия). Испания, не имевшая опыта в разработке радаров, играла лишь второстепенную роль и позднее выбрала Eesa в качестве основного подрядчика. В конце июня 1985 года было подписано меморандум о взаимопонимании между Великобританией, Германией, Францией, Италией и Испанией о разработке совместного радара для EFA. Франция уже тогда заявила о намерении выйти из программы. Французская компания Thomson CSF оказалась в затруднительном положении, поскольку хотела участвовать в разработке радара для EFA. Поэтому в 1987 году Thomson CSF вела переговоры с Ferranti, чтобы получить долю в работе. В частности, речь шла о поставке лампы бегущей волны, которая, возможно, была той же, что планировалось использовать в Rafale. В марте 1987 года Ferranti и AEG представили свои предложения Eurofighter GmbH. Ferranti представила ECR 90, основанный на Blue Vixen, еще в 1986 году, а AEG предложила MSD 2000 "Emerald", основанный на AN/APG 65. Основным аргументом Ferranti было то, что европейский истребитель должен быть оснащен европейским радаром. Ferranti уже сотрудничала с Thompson CSF, Inisel и FIAR в разработке радара с 1983 года. Франция вышла из программы вместе с Thompson CSF в июне 1985 года, а AEG – годом позже. AEG хотела предложить систему на базе APG 65, поскольку уже имела лицензию на ее производство. Существовали также предположения, что Thorn EMI может предложить AN/APG 68, но этого не произошло. Оба претендента представили два варианта предложений: один, полностью соответствующий требованиям тендера, и более дешевый, упрощенный вариант. Ferranti и FIAR предложили ECR 90 и Super Vixen, AEG и GEC Marconi – MSD 2000 и APG 65, но оба высокотехнологичных предложения оказались слишком дорогими, а более дешевые альтернативы – недостаточными. В результате был объявлен новый тендер. На этот раз требования к характеристикам были снижены, а производителей попросили предложить способы снижения затрат. Требования также были смягчены, чтобы стимулировать инженерную изобретательность. Два новых предложения были представлены в феврале 1988 года: ECR 90: Европейский совместный радар 90 был предложен Ferranti в вариантах 90, 90A и 90B. Дальность обнаружения оставалась неизменной, а возможности должны были интегрироваться постепенно. Основным аргументом было то, что радар будет составлять значительную часть стоимости EFA, и, следовательно, собственная европейская разработка позволит увеличить добавленную стоимость в Европе. Для снижения рисков ECR 90 должен был быть основан на Blue Vixen, установленном на BAE Sea Harrier FA2, который уже был способен к использованию ракет AMRAAM с передачей обновленной информации о цели. Для Blue Vixen были протестированы плоские антенны из легкого металлического сплава и алюминизированной пластины из углеродного волокна, но последняя была отклонена из-за более высокой стоимости и неопределенности в отношении долговечности. Выбор оставался открытым для ECR 90. Привод антенны был основан на Blue Vixen и PS 05 Saab 39 и корректировал углы тангажа и крена с помощью двигателей из самарий-кобальтового сплава мощностью 0,5 л.с. каждый. Контроль крена отсутствовал, углы крена компенсировались электронным способом. Трубка бегущей волны с когерентными резонаторами должна была поставляться компаниями Selenia или Thomson CSF. Обработка сигналов и процессоры были взяты из Blue Vixen. Поскольку разработка программного обеспечения Blue Vixen составляла около 80% затрат на разработку, а около 50% программного обеспечения для ECR 90 должно было быть перенесено, здесь были выявлены возможности для экономии. К сожалению, Blue Vixen имел только 11 из 31 необходимых режимов работы радара. Однако 32-битный сигнальный процессор должен был быть в два раза быстрее и поставляться компаниями Hughes, IBM или Ericsson. D80 Blue Vixen достигал около 500 миллионов операций с плавающей запятой в секунду. Вычислительные модули размещались в металлических кассетах, которые служили радиаторами и имели воздушный поток в центре. В то время как Blue Vixen состоял из 13 790 деталей, ECR 90 должен был состоять только из 13 000 деталей. Тем не менее, согласие на это было достигнуто в августе того же года. График предусматривал завершение разработки первых работоспособных радаров в 1992 году, поскольку первый полет EFA планировался на 1991 год, а начало серийного производства – на 1996 год. Испания теперь поддерживала MSD 2000, поскольку стоимость и сроки казались наиболее реалистичными. После октября 1988 года было принято решение, и ECR 90 от Ferranti выиграл конкурс, но не был выбран. Поскольку Германия не согласилась с этим решением, министр обороны Германии Герхард Штольтенберг (ХДС) встретился с министром обороны Великобритании Томом Кингом (консерватор) в середине 1989 года для проведения переговоров. Было решено поручить проведение исследования о возможности адаптации MSD 2000 к британским требованиям. Одновременно Министерство обороны Великобритании инициировало исследование о том, как страны-партнеры, исключая Германию, могли бы разработать собственный радар для EFA. Исследование MSD 2000 дало отрицательный результат, но Германия все равно отказалась уступать. Поскольку соглашение достичь не удалось в течение 18 месяцев, Великобритания и Германия обратились к промышленности с просьбой найти решение. В декабре 1989 года Ferranti провела переговоры с Telefunken System Technik (ранее AEG до поглощения компанией Daimler) о сотрудничестве в рамках ECR 90 и разрешении сопротивления Германии. В то же время промышленность предупредила политиков о росте затрат из-за задержек. Eurofighter GmbH направила письма во все четыре страны-партнера и NETMA, заявив, что все дополнительные расходы будут переложены на них. Это было важно, поскольку контракт на разработку радара EFA должен был быть заключен по фиксированной цене, и компаниям должны были быть возмещены затраты, связанные с задержками. В начале 1990 года GEC Marconi, работавшая над MSD 2000, поглотила Ferranti, разрабатывавшую ECR 90, решение, которое было поддержано британским правительством. В начале 1990 года GEC Ferranti была окончательно объявлена победителем в конкурсе на разработку радара EFA и получила контракт на 300 миллионов фунтов стерлингов. В середине 1990 года GEC Ferranti вела переговоры с Ericsson об исключении компании из консорциума Euroradar ECR 90 и использовании процессоров Motorola 68020 из MSD 2000. В ходе сравнения было установлено, что его обработка сигналов значительно мощнее. Это, в свою очередь, вызвало обеспокоенность Германии, поскольку перепроектирование ECR 90 неизбежно привело бы к задержкам и дальнейшему увеличению затрат. Hughes подала в суд на GEC на сумму 600 миллионов долларов за ее роль в выборе EFA и утверждала, что GEC использовала технологию Hughes в ECR 90 после поглощения Ferranti. Позднее она отказалась от этого обвинения и получила 23 миллиона долларов; суд постановил, что MSD 2000 "имел реальный или существенный шанс на успех, если бы GEC не [противоправно] вмешалась и если бы компании, связанные Соглашением о сотрудничестве, добросовестно и усердно выполняли свои продолжающиеся обязательства по продвижению дела MSD 2000". С тех пор в отрасли произошли дальнейшие слияния. Части BAE Systems Avionics были объединены с Galileo Avionica в 2005 году для создания SELEX Galileo, которая, в свою очередь, в 2013 году была объединена с другими компаниями Finmeccanica, занимающимися производством оборонной электроники, для создания Selex ES (впоследствии объединенной в Finmeccanica, переименованную в Leonardo в 2017 году). Разработка ведется консорциумом Euroradar, в который входят в основном Selex ES, а также Airbus и Indra. ECR 90 был переименован в CAPTOR после достижения этапа заключения производственного контракта.
ECR 90: The European Collaborative Radar 90 was offered by Ferranti in the variants 90, 90A and 90B. The detection range was always the same, only the capabilities were to be integrated bit by bit. The main argument was again that the radar would account for a significant proportion of the costs of the EFA, and thus a European in house development would enable higher added value in Europe. To reduce risk, the ECR 90 was to be based on the Blue Vixen of the BAE Sea Harrier FA2, which was already AMRAAM capable in order to send target updates to the missiles. For the Blue Vixen, a planar antenna made of a light metal alloy and an aluminised carbon fibre plate were tested, and the latter was rejected due to the higher costs and uncertainties regarding durability. The choice was left open for the ECR 90. The antenna drive was based on the Blue Vixen and PS 05 of the Saab 39, and corrected pitch and roll movements by means of samarium cobalt motors with 0.5 hp each. There was no roll control, roll angles were compensated electronically. The coupled cavity travelling wave tube was to be supplied by Selenia or Thomson CSF. The signal processing and processors were taken over from the Blue Vixen. Since the software development of Blue Vixen accounted for about 80% of the development costs, and about 50% of the software for the ECR 90 was to be taken over, savings opportunities were seen here. Unfortunately, Blue Vixen only had 11 of the required 31 radar modes. The 32 bit signal processor, however, was to be twice as fast and supplied by Hudges, IBM or Ericsson. The Blue Vixen's D80 achieved around 500 MIPS. The computing modules were housed in metal cassettes that acted as heat sinks and had air flowing through the centre. While the Blue Vixen consisted of 13,790 parts, the ECR 90 was to consist of only 13,000 parts. but nevertheless agreed to it in August of that year. The schedule now envisaged completing the first airworthy radars in 1992, as the first flight of the EFA was planned for 1991, and starting series production in 1996. Spain was now in favour of the MSD 2000, as the cost and timeframe seemed the most realistic. After October 1988, the decision was made, with Ferranti's ECR 90 winning the race but not being chosen. Since Germany did not agree with the decision, the then German Defence Minister Gerhard Stoltenberg (CDU) met with British Defence Secretary Tom King (Conservative) for talks in mid 1989. It was agreed to commission a study into whether the MSD 2000 could be adapted to British requirements after all. At the same time, the UK Ministry of Defence launched a study into how the partner countries, excluding Germany, could develop their own radar for the EFA. The MSD 2000 study was negative, but Germany still refused to give in on this issue. As no agreement could be reached after 18 months, the UK and Germany called on the industry to find a solution. In December 1989, Ferranti held talks with Telefunken System Technik (formerly AEG until Daimler took over the company) to co operate on the ECR 90 and resolve the German resistance. At the same time, the industry warned politicians of rising costs due to the delays. Eurofighter GmbH then sent letters to all four partner countries and NETMA stating that all additional costs would be passed on to them. This was important as the EFA radar was to be awarded as a fixed price contract and the companies involved were to be reimbursed for the delays. At the beginning of 1990, GEC Marconi, which was working on the MSD 2000, swallowed up Ferranti, which was designing the ECR 90, a decision that was underwritten by the British government. In early 1990, GEC Ferranti was finally declared the winner of the EFA radar competition and awarded a £300m contract. In mid 1990, GEC Ferranti negotiated with Ericsson to remove the company from the ECR 90 Euroradar consortium and use the Motorola 68020 processors of the MSD 2000 instead. In a comparison, its signal processing proved to be significantly more powerful. This in turn was seen as a problem by Germany, as the redesign of the ECR 90 meant that delays and further cost increases were unavoidable. Hughes sued GEC for $600 million for its role in the selection of the EFA and alleged that it used Hughes technology in the ECR 90 when it took over Ferranti. It later dropped this allegation and was awarded $23 million; the court judged that the MSD 2000 "had a real or substantial chance of succeeding had GEC not [tortiously] intervened and had the companies, which were bound by the Collaboration Agreement, faithfully and diligently performed their continuing obligations thereunder to press and promote the case for MSD 2000." Since these events, further mergers have taken place in the industry. Parts of BAE Systems Avionics were merged with Galileo Avionica to form SELEX Galileo in 2005 which in turn then merged with other Finmeccanica defence electronics companies in 2013 to create Selex ES (merged in turn in Finmeccanica, rebranded Leonardo since 2017). The development effort is now organized under the Euroradar consortium, consisting primarily of Selex ES, as well as Airbus and Indra. The ECR 90 was renamed CAPTOR when the project passed the production contract milestone.
Технология
CAPTOR был оптимизирован для воздушного боя с ракетами класса "воздух-воздух" большой дальности (BVRAAM) в условиях сильных вражеских средств радиоэлектронной борьбы, обусловленных требованиями Холодной войны. С конца Холодной войны основной акцент в Eurofighter сместился с истребителя на задачи многоцелевого боевого самолета. Поэтому возможности по поражению наземных целей радаром были дополнительно развиты в этом направлении. Механическая система управления была выбрана на начальном этапе проекта Eurofighter для минимизации рисков разработки. По словам руководителей проекта, технология механически поворотной антенны была полностью реализована в CAPTOR. Радар состоит из механически управляемой антенны из углепластика диаметром 70 сантиметров. Антенна может отклоняться на ±60° по углу места и азимуту. Для управления антенной используются четыре высокоточных сервомотора из самарий-кобальта с высоким крутящим моментом, обеспечивающие высокую скорость сканирования. Двигатели могут перемещать плоскую антенну только по углам места и азимута, а углы крена компенсируются электронным способом с помощью комбинированного управления для снижения веса. Благодаря очень высокой скорости сканирования для механически поворотной антенны, радар может чередовать различные режимы работы, что обычно возможно только с фазированными антенными решетками, но значительно быстрее. Например, режимы "воздух-воздух" и "воздух-земля" могут быть объединены в одном проходе сканирования. CAPTOR работает в X-диапазоне частот от 8 до 12 ГГц (с горизонтальной поляризацией) и имеет вдвое большую передающую мощность, чем у AN/APG 65. Программное обеспечение было разработано на языке ADA в соответствии со стандартом MIL STD 2167A. Здесь несколько подсетей работают параллельно, а окончательный результат между подсетями определяется голосованием. Позиции обнаруженных целей затем отмечаются на изображении синтезированной апертуры (SAR) красными ромбами, а над ромбом красным текстом отображается тип цели, например, "T 72" или "MLRS". Сгенерированное радарное изображение накладывается на векторизованную карту с известными GPS-координатами, хранящимися в компьютере, для вычисления GPS-данных целей. Альтернативно, положение GPS-цели может быть определено с использованием собственного GPS-положения пользователя и различных углов и расстояний обзора. Для обучения нейронной сети EADS разработала программное обеспечение, в котором CAD-модели целей размещаются на карте, а сцена преобразуется в изображение SAR. Затем алгоритм пытается обнаружить цели, несмотря на помехи, различные углы обзора и частичное перекрытие целей. Идентификация целей без ответного сигнала: Радары, как правило, способны к пассивной идентификации целей (JEM) с конца 1980-х годов, но это работает только при обзоре цели в лоб, так как должна быть видна турбина. Реализация HRR (High Range Resolution) была запланирована для радаров следующего поколения истребителей. Как следует из названия, при HRR профиль цели строится по всей ее длине. Для этого излучается серия узкополосных наносекундных импульсов для достижения высокого разрешения в диапазоне метров. В дополнение к этому стандартному методу также возможно излучение узкополосных частотных модуляций с дискретными частотами несущей в виде непрерывного сигнала. Первый вариант был возможен еще до 1987 года, второй был разработан BAE Systems. Метод, используемый CAPTOR, является секретным, но, вероятно, это последний. Радарное отражение от цели затем формирует характерную частотную кривую во времени, поскольку импульс сначала отражается от носа, фонаря кабины, воздухозаборника, передних кромок крыльев и вертикального стабилизатора (если цель облучается спереди). В целом, для идентификации воздушных целей считается необходимым использование полосы пропускания 400 МГц и большого количества измерений. Вместе с данными сопровождения цели, необходимыми для определения угла между целью и радаром, характерная частотная кривая отражения во времени может быть сопоставлена с типом цели посредством сравнения с базой данных. Пилоту затем на дисплее отображается аббревиатура типа воздушного судна, например, "Mrg3" или "Flkr". Чтобы предотвратить чрезмерный рост базы данных, для каждой миссии загружаются только данные о типах воздушных судов, которые, как ожидается, будут присутствовать в соответствующем районе. Поскольку конфигурация внешней подвески цели неизвестна, могут возникнуть трудности с идентификацией целей без ответного сигнала. В этом случае создаются сотни профилей HRR цели для фильтрации отражений от внешней нагрузки и вычисления изображения синтезированной апертуры обратного рассеяния (ISAR). Однако это требует, чтобы цель двигалась относительно радара, а радар оставался на цели в течение длительного времени, что тактически невыгодно. Изображение ISAR, вероятно, может быть показано пилоту в режиме "Визуальная идентификация" на дисплеях, при этом разрешение на пиксель ниже, чем у PIRATE. Пространственно-временная адаптивная обработка / Поиск в боевом режиме: Эта возможность лежит в основе CAPTOR E. С помощью пространственно-временной адаптивной обработки (STAP) можно распознавать медленно летящие цели под воздействием помех и отражений от земли, даже если их эхосигнал в противном случае был бы заглушен помехами. Для этого используются несколько суб-апертур, с помощью которых волновое поле, отраженное от земли, сканируется с временной задержкой. В идеале сигналы в отдельных каналах отличаются только этой временной задержкой. Однако движущиеся цели с радиальной составляющей скорости изменяют свое расстояние до датчика в течение этого периода времени, поэтому сигналы подвергаются фазовому сдвигу и могут быть различимы от сигналов помех. В окрестностях эхосигнала цели учитывается не только временное изменение, но и сравнивается с пространственным изменением (пространственно-временная обработка). Этот принцип также используется для обнаружения медленно движущихся наземных целей в режиме индикации движущихся наземных целей (GMTI). Если воздушная цель потеряна в режиме TWS (Track While Scan), подозрительный район больше не нужно сканировать в течение длительного времени с помощью узкого луча: режим поиска в боевом режиме генерирует несколько узких лучей, которые покрывают целевой район в шахматном порядке в пределах углового диапазона 20° × 20°. В идеале, одного импульса, отправленного и принятого несколькими узкими лучами, достаточно для повторного обнаружения потерянной цели. Подавление помех / Детерминированное подавление: CAPTOR E (по слухам, также CAPTOR M) способен на картирование помех. Это использует спектральную обработку для определения типа и направления источника помех с высокой точностью. CAPTOR E затем начинает цифровую адаптивную формировку луча: поскольку направленность антенны с активной фазированной антенной решеткой (AESA) может быть изменена по мере необходимости путем управления T/R-модулями, в направлении источников помех устанавливаются нули в диаграмме направленности антенны. Детерминированное подавление используется для улучшения результата. Здесь, сигнал процессора по всем степеням свободы антенны по-разному взвешивает принимаемые сигналы T/R-модулей для дальнейшего снижения влияния помех. Возможные применения включают отклонение вражеских ракет и подавление вражеской ПВО. Хотя функция подавления помех должна быть доступна как можно скорее с внедрением CAPTOR E, ее использование в качестве энергетического оружия планируется только позже. Высокоскоростная линия передачи данных / Кибератака: AESA-антенны также могут использоваться в качестве направленных радиоантенн для передачи данных с высокой скоростью передачи данных. Например, AN/APG 77 может передавать со скоростью 548 Мбит/с и принимать в диапазоне гигабит. Поскольку CAPTOR E использует ту же несущую частоту, будут возможны аналогичные скорости. Функция передачи данных должна быть доступна вскоре после запуска CAPTOR E. Благодаря наклонной, поворотной поверхности антенны, самолеты могут лететь параллельным курсом, работая вместе. Одним из экзотических возможных применений было бы использование спутника с X-диапазонной AESA на орбите в качестве передатчика и использование CAPTOR E в качестве пассивного радара. Принцип был продемонстрирован в ноябре 2007 года со спутником TerraSAR X...