Radar Weibel XENTA – doskonałe uzupełnienie Polskiej Tarczy

Artykuł sponsorowany. Partnerem materiału jest Weibel Scientific A/S

„Produkty radiolokacyjne” firmy Weibel przez swoją unikalność są w Polsce wykorzystywane od dawna – i to dość powszechnie. Warto więc wyjaśnić co takiego niezwykłego kryje się w rozwiązaniach tej firmy i jak te rozwiązania mogłyby jeszcze bardziej zwiększyć możliwości polskich sił zbrojnych, szczególnie jeżeli chodzi o zwalczanie bezzałogowych statków powietrznych i … rakiet balistycznych.

Przede wszystkim trzeba pamiętać, że firma Weibel istnieje już od 45 lat i w międzyczasie dostarczyła ponad 5000 różnego rodzaju urządzeń radiolokacyjnych do użytkowników w ponad 40 krajach. W przypadku Polski, jej najbardziej znanym i sprawdzonym bojowo rozwiązaniem jest radar balistyczny MVRS-700 SCD (Muzzle Velocity Radar System), który umieszczony nad lufą armatohaubicy Krab kalibru 155 mm ma za zadanie mierzyć prędkość wylotową pocisków. Radar ten montowany jest na większości nowoczesnych haubicoarmat. Jest to kompaktowa stacja radiolokacyjna pracująca na fali ciągłej w paśmie X mieszcząca się wraz z płaską anteną typu patch i z systemami obróbki w jednej obudowie.

W pozostałych przypadkach rozwiązania firmy Weibel są przez swoją dokładność wykorzystywane w Polsce głównie w pracach badawczo – rozwojowych wspierając polskie instytuty badawcze i przemysł obronny. Podobnie jest zresztą w wielu innych krajach.

Radar XENTA pokazuje, że takie podejście już w najbliższym czasie może się zmienić – w tym również w Polsce.

XENTA – „cichy” radar o rekordowym zasięgu

Sztandarowym rozwiązaniem wśród produktów oferowanych przez firmę Weibel jest obecnie trójwspółrzędny radar wykrywania celów powietrznych XENTA. Jest to stacja radiolokacyjna różniąca się od większości swoich odpowiedników sposobem pracy. O ile bowiem w systemach przeciwlotniczych i obrony powietrznej wykorzystuje się głównie radary impulsowe, to XENTA zalicza się do nowej generacji radarów na fali ciągłej CW. W tego rodzaju stacjach, w procesie wykrywania obiektu wykorzystuje się efekt Dopplera, a więc zmianę częstotliwości nośnej stabilnego sygnału odbitego od poruszającego się celu (lub poruszających się jego elementów – np. wirników).

W ten sposób uzyskuje się możliwość efektywnego „odfiltrowywania” zakłóceń pochodzących od dużych, nieruchomych obiektów, jak również od wolno poruszających się źródeł zakłóceń. Jest to szczególnie przydatne przy wykrywaniu celów powietrznych, lecących na bardzo niskich wysokościach, na tle powierzchni ziemi, która również daje silne odbicie. To właśnie z tego powodu, radary CW na fali ciągłej wykorzystuje się do „oświetlania” celów dla półaktywnie naprowadzanych rakiet „powietrze-powietrze” (np. AIM-7 Sparrow).

XENTA nie jest jednak prostym radarem CW, ale może pracować zarówno jako stacja modulowano częstotliwościowo FMCW (Frequency Modulated Continuous Waveform), jak i jako stacja wieloczęstotliwościowa MFCW (Multi-Frequency Continuous Wave). W pierwszym przypadku, jak zresztą wskazuje nazwa, sygnał ciągły o stabilnej częstotliwości nie jest od razu emitowany (tak jak w prostych radarach CW), ale modulowany w określonym czasie. W ten sposób pojawia się różnica częstotliwości pomiędzy sygnałem nadawanym a odbieranym, która zwiększa się wraz z odległością do celu. Określając tą różnicę, można zmierzyć odległość, (co jest trudne w prostych radarach z falą ciągłą CW ze względu na brak w nich odniesienia czasowego). Dodatkowo robi się to z bardzo dużą dokładnością - w tym na małych odległościach.

W przypadku stacji FMCW, radar z falą ciągłą wysyła sygnały na kilku częstotliwościach nadawania jednocześnie. Później te sygnały odbierane po odbiciu od celu są wspólnie przetwarzane. Wszystko to zostało zaimplementowane w radarze z anteną ścianową z cyfrowym tworzeniem charakterystyk antenowych (Digital-Array Synthetic-Beamforming): jednej, programowanej wiązki nadawczej (Programmable Transmit Beam) i wielu syntetycznych wiązek odbiorczych (Multiple Synthetic Receive Beams).

Sama antena opiera się na elementach wykonanych w technologii azotku galu (GaN). W porównaniu do technologii arsenku galu (GaAs), wcześniej wykorzystywanej w radarach, takie elementy mają: możliwość przewodzenia prądu o dużo większym napięciu z mniejszymi stratami energii, lepszą przewodność cieplną oraz wyższe napięcie przebicia. Pozwala to na znaczne zwiększenie mocy emitowanego sygnału.

Przekłada się to na zasięg, który zależy od wersji radaru. W przypadku radaru XENTA M o mocy sygnału 240 W, zasięg instrumentalny określono na 75 km. Dla radarów rodziny CW jest to bardzo dobry wynik, dzięki czemu duńskie stacje radiolokacyjne mogą być wykorzystywane do szerokiego spektrum zadań – w tym również w ramach systemów przeciwlotniczych krótkiego zasięgu SHORAD (Short Range Air Defense). Radary XENTA opierają się na założeniu, że informacja w sensie widma radarowego jest najlepiej mierzona jako funkcja czasu do celu. Oznacza to, że przetwarzanie w 100% cyklu pracy nowoczesnych radarów MF/CW i FM/CW będzie zawierać największą ilość informacji i pozwoli na największą elastyczność w przetwarzaniu i ekstrakcji sygnału.

Przetwarzanie sygnału radarowego Weibel ma na celu wyodrębnienie nie tylko danych dotyczących zasięgu i kąta, ale także informacji specyficznych dla celu, które mogą wspierać rozróżnianie klas. Przetwarzanie informacji opiera się obecnie na zaawansowanej analizie bardzo precyzyjnych informacji dopplerowskich, które są nieodłączną cechą radarów CW.

Ten stosunkowo duży zasięg wykrywania, szczególnie w odniesieniu do bardzo małych celów powietrznych (takich jak drony), daje systemom obronnym, współpracującym z XENTA, duży czas na reakcję, dodatkowo dostarczając bardzo precyzyjne dane o wykrytych celach. A to przekłada się bezpośrednio na skuteczność całego systemu reagowania.

Zalety tego rozwiązania okazały się na tyle duże, że proponowana jest zarówno wersja cywilna radaru (XENTA-C) – przeznaczona np. do obrony infrastruktury krytycznej (takiej jak: rafinerie, magazyny paliw, węzły kolejowe) przed dronami, jak i wojskowa (XENTA-M). Generalnie nie ma jednak pomiędzy nimi żadnej różnicy konstrukcyjnej, poza brakiem niektórych funkcjonalności w wersji „C”.

XENTA – szwajcarski scyzoryk wśród radarów

Jedną z najważniejszych zalet radaru XENTA jest możliwość jego jednoczesnego wykorzystania do wykrywania wszystkich rodzajów obiektów powietrznych: samolotów, śmigłowców rakiet i dronów. Przy czym dzięki wbudowanemu, autorskiemu algorytmowi analizy sygnału jest to stacja radiolokacyjna programowo „rozróżniająca” małe drony od ptaków i to z bardzo małym prawdopodobieństwem fałszywego alarmu.

Ten system analizy pomaga operatorom stacji w przeprowadzeniu procesu identyfikacji i klasyfikacji celów – szczególnie w odniesieniu  do bardzo małych celów. Pomaga w tym fakt, że radar bez problemu może współpracować z interrogatorem (urządzeniem zapytującym) systemu identyfikacji radiolokacyjnej IFF „swój-obcy”.

XENTA wykorzystuje aktywną antenę ścianową, zapewniającą elektroniczne przeszukiwanie w kącie elewacji i mechaniczne w azymucie. Antena obraca się bowiem z prędkością do 60 obrotów na minutę. Istnieje jednak mod pracy Stop & Stare, który zakłada zatrzymanie się anteny i pracę sektorową. Zmniejsza się przy tym sektor obserwacji, ale zwiększa dokładność pomiaru parametrów celu, pozwalająca praktycznie na kierowanie uzbrojeniem.

Takie zatrzymanie anteny jest możliwe dzięki zdolności stacji XENTA do elektronicznego przeszukiwania przestrzeni nie tylko w kącie elewacji, ale również w azymucie. Może być to wykorzystywane: zarówno przy pracy sektorowej, jak i dookólnej. Można bowiem szybko „cofnąć” wiązkę przy obracającej się antenie, by sprawdzić jakieś miejsce w przestrzeni, nie czekając aż antena ponownie obróci się mechanicznie o 360 stopni.

Zdolność zarówno do prowadzenia obserwacji dookólnej, jak i sektorowej przy stosunkowo dużym zasięgu (jak na rozmiar anteny) zwiększa wszechstronność radaru XENTA, który może być wykorzystywany jednocześnie jako radar wstępnego wykrywania i jako radar wskazywania celów. Duńska stacja radiolokacyjna może pracować nie tylko dla potrzeb całej baterii, ale może również zabezpieczać operujący autonomicznie zestaw ogniowy.

Jest to szczególnie ważne przy zabezpieczaniu niewielkich pododdziałów lub małego obszaru, gdy nie opłaca się rozwijać całej baterii. Tym bardziej że radar XENTA pozwala na wykrywania zarówno standardowych celów powietrznych (samoloty, śmigłowce i rakiety), jak i niestandardowych – takich jak niewielkie drony (pokazano to zresztą w praktyce już w maju 2020 roku w Norwegii). Taka wszechstronność nie wiąże się zresztą z jakimikolwiek ograniczeniami. Wykrywając drony nie przerywa się bowiem poszukiwania np. samolotów.

Weibel na polskim rynku i dla polskich Sił Zbrojnych

Firma Weibel nie jest nowym „graczem” na polskim rynku od wielu lat dostarczając radary dopplerowskie do różnych instytutów i firm. Wśród sztandarowych produktów tego rodzaju są np. stacje serii SL, przeznaczone do precyzyjnych pomiarów prędkości obiektów swobodnie latających, takich jak: pociski karabinowe, pociski artyleryjskie i rakiety. Specjalistyczne oprogramowanie pozwala później m.in. na wykrywanie nieprawidłowych odchyleń pocisku i nagłych zmian prędkości na całej trajektorii lotu.

Weibel oferuje całą rodzinę radarów SL, które pozwalają na badanie pocisków kalibru 5,56 mm z odległości do 250 m w przypadku najmniejszego radaru i do 3000 m w przypadku największego radaru. Kluczową cechą jest stała dokładność dzięki możliwości samokalibracji. Radary stale dokonują samokalibracji, pomagając zminimalizować błędy i rozproszenie spowodowane różnymi codziennymi czynnikami - w tym zużyciem lufy broni, temperaturą, różnicami wilgotności w materiałach pędnych i zmianami masy pocisku.

Niezwykle istotny jest również balistyczny radar MFTR-2100, który jak na razie jest wykorzystywany głównie do dokładnego śledzenia wystrzeliwanych rakiet w celach testowych i badawczych. Jednak nadaje się on również do zastosowania w systemach obrony przeciwrakietowej i przeciwlotniczej. Oprogramowanie radarowe wykorzystujące zaawansowaną technologię impulsową i Dopplera pomaga bowiem zidentyfikować typ nadlatującego pocisku, dając np. możliwość śledzenia i rozróżniania obiektów, już gdy pocisk się rozdzieli (w rakietach wielogłowicowych).

MFTR-2100, przy swojej dużej dokładności na dużych dystansach może więc stać się bardzo ważnym elementem przyszłej, europejskiej tarczy antyrakietowej, czemu sprzyja jego stosunkowo duża mobilność. Jego montaż i demontaż zajmuje bowiem mniej niż 1 godzinę, a zainstalowanie na nowej pozycji - nie więcej niż dwie doby. Może więc być również rozwijany w razie zagrożenia na terenie Polski, ostrzegając system antyrakietowy, budowany w ramach programu Wisła.

Powyższe stacje radiolokacyjne są jednak specyficzne, i nie mają swoich odpowiedników w polskim przemyśle radiolokacyjnym. W przypadku XENTY zadanie jest już trudniejsze, ponieważ Weibel chce zaproponować polskiej armii radary obserwacji sytuacji powietrznej. A te zgodnie z wieloletnią tradycją są dostarczane głównie przez polski przemysł zbrojeniowy (spółkę PIT-RADWAR S.A.).

Wbrew pozorom wcale nie musi tutaj jednak dojść do konfliktu interesów. Radar XENTA, przez swoją zasadę pracy i konstrukcję, jest bowiem unikalnym rozwiązaniem, które może uzupełnić to, co już jest wprowadzane dzięki polskiemu przemysłowi. Radary impulsowe tej klasy, takie jak obecnie produkowana w Polsce stacja radiolokacyjna Bystra, a już niedługo Sajna, będą więc mogły nadal stanowić podstawę wyposażenia polskich baterii przeciwlotniczych.

Z kolei XENTA może być tym, co jeszcze bardziej zwiększy świadomość sytuacyjną poszczególnych jednostek ogniowych, przesyłając im dokładne dane m.in. o trudnowykrywalnych celach do systemu dowodzenia i kierowania C2 (korzystając ze standardu ASTERIX). Duński radar może dodatkowo zabezpieczać zestawy mobilne, działające w pełni autonomicznie.

Pomocą w ewentualnej współpracy może być to, że polskie siły zbrojne bardzo dobrze znają zalety radarów na falę ciągłą. Wykorzystują bowiem w Marynarce Wojennej radary mobilne RM-100, jako uzupełnienie dla brzegowego systemu obserwacji technicznej, opartego standardowo o punkty zbudowane na stałe wzdłuż całego, polskiego wybrzeża.

Podobnie jak XENTA, RM-100 są to stacje FMCW klasyfikowane do kategorii trudnowykrywalnych LPI (Low Probability of Intercept) - ze względu na wielokrotne ograniczenie mocy sygnału nadawanego (w tym przypadku do 0,1 W - 2 W). Automatycznie utrudnia to przeciwnikowi wykrycie promieniującego radaru. Pomimo tej ograniczonej mocy zachowano jednak zdolność do wykrywania obiektów nawodnych, która jest podobna do standardowego, nawigacyjnego radaru impulsowego o mocy 25 kW.

Radary RM-100 są jednak przeznaczone jedynie do wykrywania wolnoporuszających się celów nawodnych. Z kolei radar XENTA, pozostając w klasie stacji radiolokacyjnych LPI, pozwala na detekcję sygnałów odbitych od szybkolecących celów powietrznych i to na odległości większej niż 70 km. Takie rozwiązanie może więc być bardzo przydatne, przy tworzeniu wielowarstwowego systemu obrony przeciwlotniczej.

Dodatkowo XENTA charakteryzuje się dużą odpornością na zakłócenia. Wynika to przede wszystkim z wewnętrznych układów antyzakłóceniowych, które pozwalają skutecznie odseparować właściwy sygnał od tych, jakie próbuje wprowadzić przeciwnik. XENTA w wersji M jest wyposażona również w zaawansowane funkcje ECCM, które zapewniają optymalną wydajność podczas pracy w środowisku ECM. System obserwacji technicznie ma więc większą szansę na ciągłe wykrywanie celów powietrznych, ponieważ to, co utrudnia pracę radarom impulsowym jest ignorowane w przypadku radarów z falą ciągłą. I odwrotnie.

Polskim dystrybutorem radarów Weibel jest firma Forcepol sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie.

Artykuł sponsorowany. Partnerem materiału jest Weibel Scientific A/S