بخشی از مقاله
چکیده
از عمده ترین و حیاتی ترین زیرسامانه های اویونیک و سلاح یک هواگرد، رادار کنترل آتش است. حجم فزاینده سرمایهگذاری و تقاضا برای رادارهای کنترل آتش هوابرد در سالهای آتی، و در دستورکار قرار گرفتن بومیسازی آن در برخی کشورهای در حال توسعه، لزوم توجه ویژه به طراحی و ساخت بومی این نوع رادارها در کشور را بیش از پیش نمایان مینماید. یکی از کلیدی ترین بخش ها در طراحی رادارهای هوابرد، تست های رادار است که به منظور اطمینان از طراحی درست و روند صحیح ساخت، شناخت مرزهای طراحی و استخراج مشکلات و عیوب، اطمینان از عملکرد صحیح سامانه در شرایط مختلف پروازی به صورت گام به گام و در فازهای مختلف طراحی انجام میپذیرد.
کلید واژه- رادار، کنترل آتش، هوابرد، تستهای پروازی.
مقدمه
رادار هوابرد یکی از مهمترین سامانههای اویونیکی است که به دلیل شرایط خاص و تفاوت با رادار زمینی دریایی، تستهای طراحی ویژهای را میطلبد. رادارهای هوابرد از منظر کاربرد به هفت دسته کلی تقسیم میشوند :ارتفاعسنج، هواشناسی، گشت دریایی، کنترل آتش، تصویربرداری نقشهبرداری، تجسسی اکتشافی یا آواکس، و رادار موشک. رادارهای کنترل آتش هوابرد از زمان ساخت اولین در سال 1941 تا کنون سه نسل کاملاً متفاوت را طی نمودهاند .
در نسل اول رادارها تنها قادر به جستجو و ردیابی بودند و تنها بر روی یک هدف میتوانستند قفل شوندآنتن. عموماً از نوع انعکاسی بود و پردازشها به صورت آنالوگ انجام میشد. در نسل دوم، برد رادار و عملکرد آن بهبود داده شد. پردازشها به صورت دیجیتال و آنتن عموماً از نوع آرایه شکافی بود. تعداد مودهای کاری نسبت به قبل افزایش داشت. در نسل سوم، رادار به صورت آرایه فازی با قابلیت اسکن الکترونیکی طراحی شده است که از مزایای آن میتوان به چابکی بیشتر بیم، افزایش قابلیتها و عملکرد رادار، افزایش طول عمر و مقاومت در برابر خرابی، و افزایش قابلیتهای جنگ الکترونیک اشاره نمود.
علاقهمندی نیروی هوایی کشورهای مختلف به رادارهای و لزوم بهروزرسانی رادارهای کنترل آتش هوابرد به منظور افزایش توانمندی در نبردهای آینده موجب شده تا حجم سرمایهگذاریها و میزان تقاضا برای رادارهای کنترل آتش هوابرد به 3455 میلیون دلار تا سال 2022 افزایش یابد . در این میان طراحی و ساخت بومی رادارهای کنترل آتش هوابرد در دستورکار برخی کشورهای در حال توسعه نیز قرار گرفته است 9]، [10 که این کار لزوم توجه ویژه به طراحی و ساخت بومی این نوع رادارها در کشور را بیش از پیش گوشزد مینماید.
پس از طراحی یک رادار، به منظور اطمینان از طراحیهای انجام شده، اطمینان از روند صحیح ساخت، شناخت مرزهای طراحی و استخراج ضعفها و عیوب، باید تستهای متعددی بر روی سامانه انجام شود تا از آسیبها، خطاها، و اتفاقات ناگواری که ممکن است در آینده رخ دهد، جلوگیری شود. عیوب طراحی و ساخت هر چه زودتر تشخیص داده شوند، هزینههای جبران و اصلاح آن کمتر خواهد بود.
به طور کلی تستهای طراحی را میتوان به چهار نوع تقسیم نمود: تستهای عملکردی، تستهای شرایط محیطی، تستهای سازگاری الکترومغناطیسی، تستهای زمینی هوایی. لازم به ذکر است تسترهای طراحی شده توسط کارخانه سازنده که در خط تعمیرنگهداری یا در خط عملیات قرار میگیرد، حداقل تستهای اساسی برای عملیاتی بودن رادار را بررسی میکند. به دلیل حجم بسیار زیاد تستهای مورد نیاز طراحی تستهای اتوماتیک نیز پیشنهاد شده است که این کار بر پیچیدگی تستها میافزاید اما سرعت اجرا را افزایش میدهد .در ادامه هر یک از انواع تستها شرح داده شدهاند.
تستهای عملکردی
منظور از تستهای عملکردی، تستهایی است که عملکرد سامانه را مورد ارزیابی قرار میدهند. این تستها به 9 دسته تقسیم میشوند: تستهای بخش RF، تستهای آنتن، تستهای سختافزار نرمافزار، تستهای نمایشگر، تستهای برد ردیابی، تستهای تغذیه، تستهای زاویه، تستهای جنگ الکترونیک، و تستهای اینتگریشن اندازهگیری دقیق فرکانسهای کاری و توان تولیدی تقویتکنندهها، اسیلاتورها، تقویتکنندههای توان، خلوص طیفی، نویز فاز اسیلاتورها و خروجی سینتیسایزرها از جمله مواردی است که باید با استفاده از اسپکترومآنالایزر و پاورمتر و سیگنال ژنراتور اندازهگیری شود.
اندازهگیری پهنای باند مسیرهای RF و IF، ایزولاسیون بین پورتها، پارامترهای برای هر پورت از دیگر موارد لازم و ضروری است. میزان تضعیف کابلها و مسیرهای موجبری، ضریب بهره تقویتکنندههای ترانزیستوری و لامپی از دیگر مواردی است که باید اندازهگیری شود. از آنجا که شوکها و ارتعاشات مکانیکی بر نویز فاز کریستالها بسیار تأثیر دارد ، اندازهگیری نویز فاز خروجی اسیلاتورها تحت ارتعاش مکانیکی یکی از مواردی است که درستی طراحی نصب اسیلاتورها از منظر مکانیکی را نشان میدهد.
برای میکسرها و تقویتکنندهها علاوه بر موارد فوق نقطه فشردگی 1 dB، نقطه برخود مرتبه سوم ، رنج دینامیکی، حساسیت، میزان تولید spur ها و هارمونیکها، نیز حائز اهمیت است و باید اندازهگیری شود. برای فیلترها، پهنای باند 3 dB و 6 dB ، فرکانس مرکزی، میزان ریپل ناحیه عبور، سطح لوبهای کناری - SLL - ، میزان تأخیر فاز، و به طور کلی پاسخ فرکانسی و پاسخ فاز فیلتر از جمله موارد حائز اهمیت است.
برای PLL حداقل و حداکثر فرکانسی که میتواند قفل شود، پهنای باند فیلتر پایینگذر، مدت زمان قفل شدن به ازای پرشهای مختلف فرکانسی از جمله پارامترهایی است که باید اندازهگیری شود. پهنای باند شکل موج تولیدی، پارامترهای مدولاسیونهای اعمال شده به شکل موج، زمان صعود و نزول پالسها به ازای مودهای مختلف کاری و شکل موجهای مختلف طراحی شده از مواردی است که باید مطابقت آنها با طراحی اندازهگیری و تست شود.
اندازهگیری حداکثر توان قابل تحمل توسط اجزای گیرنده، نحوه عملکرد مدار گیرنده وقتی که به اشباع رود، نحوه عملکرد بخشهای RF به هنگام قطع اتصال - وقتی که کانکتور ارتباطی بین دو بخش قطع میشود یا فلنج موجبری اتصال دو بخش از هم جدا میشود - از دیگر مواردی است که در تستهای طراحی باید دیده شود.
تستهای آنتن
آنتن در هر سامانه راداری یکی از اجزای بسیار مهم است که پارامترهای آن نقش کلیدی در طراحی و عملکرد سامانه راداری دارد. به طور معمول آنتنهای رادارهای هوابرد بیش از یک پورت دارند. لذا برای هر پورت باید اندازهگیریهای زیر انجام شود: VSWR، سطح لوبهای فرعی، ایزولاسیون بین پورتها، پترن آنتن به ازای فرکانسها و پورتهای مختلف، پلاریزاسیون متقاطع، خطای ، اختلاف مکانیکی و الکتریکی، و سطح مقطع راداری البته لازم به ذکر است که به دلیل آن که معمولاً رادارهای کنترل آتش فرکانسهای کاری متعددی دارند - به دلیل چابکی فرکانسی و و مقابله با اخلال و محوشدگی مسیر - ، تستهای ذکر شده باید کل پهنای باند آنتن را پوشش دهند.
ریدوم اثرات متعددی بر پترن آنتن دارد: تضعیف به دلیل تانژانت تلفات،افزایش سطح لوبهای فرعی، ریپل ایجاد شده در لوب اصلی آنتن، انحراف بیم به دلیل اثرات لنزی ریدوم، انعکاس از دیواره به آنتن، پراکندگی از دیواره ریدوم و جابجایی در درههای پترن بنابراین کلیه تستهای بیان شده با ریدوم در زوایای مختلف نیز انجام شود و اختلاف آن با حالت بدون ریدوم استخراج گردد. همچنین اگر ردیابی رادار از نوع مونوپالس فاز باشد، باید اختلاف فاز دو مسیر دلتا نیز اندازهگیری شود . برای آنتنهای با اسکن الکترونیکی تستهای دیگری نیز لازم است انجام شود که در اینجا مجال بیان نیست.
تستهای سختافزار نرمافزار
سختافزار سامانه رادار باید به گونهای طراحی شده باشد که امکان تست نقاط حساس بر روی آن وجود داشته باشد. جهت تست سختافزار و نرمافزار باید سیگنال راداری ساخته شده و شبیهسازی محیط و اهداف مودها و حالتهای مختلف کاری رادار تست شود. این تستها به دو روش میتواند انجام شود: در روش اول شبیهساز سیگنال را از طبقه IF به رادار میدهد و در روش دوم سیگنال از طبقه RF به رادار داده میشود.
فرکانس پالسهای تولید و همچنین پالسهای ساعت باید دقیقاً منطبق با طراحیهای انجام شده باشد و زمانهای صعود و نزول در محدوده تلرانس قابل قبول برای سیستم باشد. استفاده از Logic Analyzer و یا اسیلوسکوپهایی که قابلیت مشاهده همزمان سیگنالهای دیجیتال را دارند به منظور بررسی میزان همزمانی سیگنالها و پالسهای مختلف، لازم و ضروری است. سختافزار باید برای حداکثر بار کاری پردازشی، بتواند به خوبی کار کند. تستهای 1BIT برای بررسی عملکرد سامانه طراحی شده است که به هنگام روشن شدن سامانه، یا به هنگام کار عادی بخشهای مختلف را تست کرده و نتیجه به صورت یک گزارش برای کنترلکننده مرکزی ارسال میکند.
تستهای نمایشگر
در گذشته نمایشگرها از نوع لامپ تصویری ساخته میشدند و امروزه نمایشگرها از نوع LCD یا LED میباشند. در نمایشگرهای لامپ تصویری، شدت نور، رنگ، روشنایی، ابعاد صفحه، میزان اعوجاج و ... از مواردی است که باید تست شود. در نمایشگرهای LCD یا LED نیز همان موارد فوق صادق است اما در برخی نمایشگرها وظیفه تولید سمبلها نیز بر عهده نمایشگر است که باید تولید و نمایش کلیه سمبلها نیز کنترل شود.
تستهای برد ،ردیابی
برد رادار یکی از موارد بسیار مهم در سامانههای راداری است. اندازهگیری برد رادار را میتوان در آزمایشگاه، بر روی زمین یا بر روی هوا انجام داد. تستهای زمینی پروازی برد در بخش آخر توضیح داده شده است. برای تست آزمایشگاهی برد به دو روش میتوان عمل نمود. در روش اول سیگنال راداری از خروجی فرستنده و قبل از آن که به آنتن برود، گرفته شده و پس از اعمال تضعیف و تأخیر و داپلر متناسب به ورودی گیرنده داده میشود.
با اعمال تضعیفها و تأخیرهای مختلف میتوان میزان برد آشکارسازی رادار را اندازهگیری نمود. همچنین میتوان برد ردیابی رادار را به همین صورت اندازهگیری نمود. در روش دوم سامانه رادار در اتاق آنتن قرار میگیرد و سیگنال RF تولید شده به آنتن فرستاده میشود. در مقابل آنتن دیوارهای از آنتنهای هورن قرار دارد که با دریافت سیگنال راداری و ایجاد تضعیف، تأخیر و داپلر مناسب مجدداً همان سیگنال را برای رادار ارسال میکند .
مزیت این روش آن است که میتوان به طور همزمان اهداف متعددی را در زوایای مختلف شبیهسازی نمود. علاوه بر حداکثر برد آشکارسازی ردیابی، حداقل برد، خطای برد، دقت برد و قدرت تفکیک اهداف در برد از اهمیت قابل ملاحظهای برخوردار است . همچنین اندازهگیری پارامترهای بیان شده در حضور انواع کلاترهای زمین، دریا، جو در شرایط مختلف لازم و ضروری است. طبیعی است که زمان بر روی هدف - TOT2 - ، زمان اینتگریشن، نوع اینتگریشن، نوع تموج هدف و نیز الگوریتمهای ردیابی بر برد آشکارسازی و ردیابی تأثیر دارد که اثرات این پارامترها نیز باید اندازهگیری شوند تجهیزات اندازهگیری برد نیز به طور خاص ساخته شده است که به عنوان نمونه میتوان به منبع اشاره نمود.
تستهای تغذیه
به طور معمول تغذیهای که توسط ژنراتورها در هواگردها تولید میشوند، تغذیه ثابتی نیستند و به دلیل آن که در شرایط مختلف پروازی مورتوهای پرنده، شرایط مختلفی را تحمل میکنند، ولتاژ، فرکانس و هارمونیکهای آن در حال تغییر است.
