美地形跟踪回避雷达:可让战机在敌领空安全飞行

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文章关键词:公海555000赌船,地形回避雷达

  名为“SK沉默骑士”的地形跟踪和回避雷达系统将会显著降低执行特种作战任务的飞机在进行低空飞行时被敌军发现的可能性。SK雷达不仅配有一个彩色天气信息显示屏,而且它还集成了战术数据处理功能,这大大增强了飞行员对环境危险的感知能力。

  “SK沉默骑士”TF/TA雷达系统的设计目标是要能够在不进行任何改造,或只需很少改造的情况下,适用于各种飞行器平台,比如CV-22鱼鹰倾斜旋转翼飞机。

  战机在夜间或恶劣的天气情况下,由于能见度差,进行低空飞行时会遇到许多在其他任何军事任务中所没有的技术困难和挑战。不管战机执行的是对敌国防御严密的领空实施突防的常规攻击任务,还是把己方武装人员秘密投放到指定区域的特种作战任务,都离不开高可靠的雷达装置为飞行员在既陌生又看不见的敌方区域上空飞行时提供导航。现在有一种新型的战术雷达装置,它可以引导战机飞行员在各种天气条件下安全的在敌方领空飞行。

  如果是超低空飞行任务,则需要在丘陵和山脉之间的谷地间或其他地势较低的地区如林间地带穿梭飞行。就算在天气晴好的大白天,执行这样的超低空飞行任务也是非常困难和危险的,如果是在晚上或者是天气昏暗能见度很低的情况下,超低空飞行就更具挑战性。

  为了能够成功的完成这样的飞行任务,飞行员需要依靠地形跟踪和回避(TF/TA)雷达系统。为满足美国特种作战司令部(SOCOM)的特殊要求,现在正在研发一种名为沉默骑士(SK)的雷达系统,它是一种多模式TF/TA系统,既可以安装在固定翼飞机也可以安装在旋转翼飞机上。SK雷达系统适用于多种飞行器平台,包括MH-47G支努干运输直升机、MH-60M黑鹰直升机、MC-130运输机和CV-22鱼鹰倾斜旋转翼飞机。SK雷达属于K波段雷达系统,它集成了多项新功能,例如导航支持、地形匹配和气象数据处理。

  SK雷达把天气信息显示在一个彩色显示屏上,同时地形匹配软件将突出的地形特征挑选出来。将来SK雷达还能应用到航空和航海领域,帮助搜寻定位飞行器和船只。SK雷达的的地形匹配和气象数据处理功能对于TF/TA雷达系统来说是崭新的,它支持在任何天候条件下执行低空突防任务输送特种作战部队。较之以前的机载雷达系统,SK雷达的重量减轻了30%,同时功耗也小的多。

  根据美国国防部的项目预算文件,美国特种作战司令部很可能会把原先为了空军飞机研发的几种环境信息处理功能模块集成到SK雷达系统中去。这些新功能包括为飞机提供数字化地形高度数据、对作战信息进行电子排序、进行数字地图匹配,同时还能增强环境预警。另外,还包括了其他一些基于网络技术的功能,比如对数据进行融合处理、及时侦测并躲避危险、发现地形障碍时报警提示,而且还能标识雷达信号发射源,从而发现敌军防空导弹的雷达机。

  一份预算文件上记录了关于美国特种作战司令部准备研发一种低功耗TF/TA雷达装置的计划。低功耗雷达的发射功率较小,从而减弱了发射出的信号的强度,这样,雷达信号被发现或截获的可能性会大大降低。文件指出,发射功率较小的雷达能够更加有效的避免被无源传感器探测到。由于低空飞行的特殊要求,美国特种作战司令部现在正在研究一种OBESA机载环境信息处理系统供他们的特种作战飞机使用。OBESA系统能够搜集合并从机载传感器和外部传感器传回的各种数据,为机组人员生成一张清晰的任务图。该系统同时还包括了BLOSEsM视线外电子测量软件,这是一种非常先进的数据接收处理系统,设计用来对当前特种作战部队的预警系统探范围下方的危险源进行计算定位。

  SK雷达的另一个重要特点是它的平台适应性,即SK雷达必须能够在许多不同的作战平台上安装使用。一般来说,执行特种作战任务的飞机上使用的雷达是为它们专门设计制造的,其他飞机并不适用。根据马克.S.奥德森——他是位于得克萨斯洲麦肯尼的雷声公司的项目经理——的解释,对于以前的雷达系统而言,每当安装到一个新的武器平台上的时候,都必须进行适应性改造,但是它们的基本电子设备都是一样的。他说:“不同于以前的雷达,我们现在设计的SK雷达装置可以同时安装到所有的平台上,而不需要作任何改造”。为此,2006年12月,美国特种作战司令专门给SK雷达的项目承包商雷声公司颁发了奖励——签订了总投资额高达1.64亿美元的项目合同。

  尽管第一个订购了SK雷达系统的买家是美国特种作战司令,但是SK雷达的用户却不止这一家,还包括其他的作战司令部。现在,雷声公司正在和几个工业制造团队合作开发SK雷达,它们是佛罗里达洲克莱斯特的AIC公司、密苏里州圣.路易斯的DRS科技公司和爱荷华洲塞达.拉配兹的罗克韦尔.科林斯公司。奥德森补充指出,罗克韦尔.科林斯公司在系统工程、飞行器制造集成和飞行测试等方面技术水准很高,并且积累了相当丰富的经验。第一部SK雷达计划于2012年完成交付。SOCOM美国特种作战司令还允许雷声公司可以根据需要制造额外6套实验雷达进行低空飞行测试,并且由SOCOM买单。因为合同上并没有规定雷声公司必须这样作,所以,这也算是SOCOM给雷声公司奖励的一部分。

  不过,SK雷达项目至今都没有一个单独的项目编号,SOCOM把它作为自1950年代末期就开始的地形回避雷达系统TA项目的后续项目。在冷战期间,为了使轰炸机和其他类型的攻击机能够渗透进入防御严密的苏联领空,军方设计研制了 TA雷达系统。但是,现在美军承担的主要是特种作战任务,比如把己方的侦查分队投送到敌对国家或者把它们从敌对国家接回,这已经大大不同于冷战时的情况。

  如果在夜间或是能见度很低的条件下飞行,雷达比电子光学系统具有明显的优势,因为雷达信号可以穿透云层,降雨和灰尘。但是,雷声公司新业务部门的高级经理威廉.L.哈兰德指出,雷达设计上的根本难题一直都没有解决,那就是如何有效的处理在低空飞行时由地面物体反射的杂乱回波。

  通常情况下,大多数的机载雷达都试图消除地面杂波。但是TF/TA雷达不一样,它必须充分利用这些杂波,从中分析出某些关键信息,比如确定哪些回波是由电塔反射回来的,从而及时提醒飞行员避开它们。哈兰德说:“对于SK雷达的大部分用户而言,他们是没有办法选择何时执行飞行任务的。而且事实上,他们更喜欢利用能见度较差的天气作掩护,以免暴露自己的行动。所以,他们必须具有全天候飞行作战的能力”。

  TF/TA雷达系统具有两个非常重要的功能。第一,它必须能够精确的“解读”飞机所在位置周围的地面信息;第二,它必须能够自动发出飞行指令控制飞机避开或绕过障碍物。哈兰德指出,现在设计的难点是如何确保安全性。低空机载雷达必须具有高度可靠性,因为在执行低空飞行的任务过程中,雷达绝对不能出现任何故障。否则,后果不堪设想。哈兰德提到,TF/TA雷达和其他雷达装置存在一个的最大的不同,就是TF/TA雷达的使用过程也是一个不断验证自身的安全性和稳定性的测试过程。

  TF/TA雷达在工作的同时,还不间断的运行自检程序,以确保能够正常发出并接收信号。在执行低空飞行任务的时候,TF/TA雷达用于自检的时间占到了全部工作时间的30%到40%。哈兰德说:“系统中任何一个部件的自检频率都不会低于2秒1次”。一旦发现了问题,系统就会立即发出警报,通知飞行员拉升飞行高度。

  对于这种地形跟踪和回避雷达来说,它的设计重点是要让使用它的飞行员放心。哈兰德描述说:“让我们设想有一个年轻的飞行员,他坐在驾驶座位上,座舱外面一片漆黑什么都看不见。他不知道飞机朝着什么目标飞去,他也不了解现在所处的一片陌生的地区。他所要做的就是按照雷达系统的提示进行相关操作——这就是我们的目标”。TF/TA系统通过引导和提示信息告诉飞行员是应该拉升高度还是降低高度。

  奥德森解释说:“当你驾驶飞机进行低空飞行的时候,你根本不可能看清楚座舱外是什么情况,而且你的飞行速度在100节到500节之间——这根据所驾驶的飞机种类而不同。这对雷达系统提出了非常高的要求,需要增加许多新的功能,而且这里面还有很多的细节问题。尽管我们付出了大量的努力把系统设计的尽可能的简单化,但是对于机组人员来说,仍然不是一件简单的事情。在那样的环境下,飞行员会十分的紧张,因为他们不能犯一点错误,同时雷达系统也不能发生一点问题”。

  所以,良好的训练和高度的自信是成功执行低空飞行任务所不可缺少的。训练有素的飞行员能对雷达系统的指令做出快速反应。奥德森强调指出,对于执行低空飞行任务的飞行员来说,不仅地形跟踪和回避雷达系统提供的操作指令必须正确无误,他们自己也必须能够及时反应。但二者相比之下,他们对雷达系统更加放心。在这里,飞行员的反应时间显得尤其重要。

  在低空飞行时,主要的危险来自于地面上的一些小型人造障碍物。一般来说,高速喷气式战斗机的飞行高度比较高,相对于地面威胁,要安全一些。而对于低速飞行器而言,如螺旋桨飞机或直升机,它们不仅速度慢,而且飞行高度也较低,很容易遭到地面防空武器的攻击。所以,飞行员尽可能的把飞机飞的更低防止被发现。但要是过低的话,又会遇到许多人造障碍物,尤其是在城市地区。这些障碍物成为了低空飞行的主要危险。

  最近,技术上取得了许多长足的进步,这使得TF/TA雷达系统更加可靠。比如,现在为数字信号处理专门设计了软硬件平台,可以使用更加复杂的处理算法。而这些使用新算法的程序功能很强大,它们的运行速度更快,执行系统自检也更加彻底,这些都极大的提高了系统整体的安全性和可靠性。不久之后,系统还会应用另外的一些新技术如地图存储、电子对抗和建立天气数据库。

  能够确保TF/TA雷达系统可靠性的另一个重要方法是系统测试。奥德森说:“现代数据存储技术的发展,使得我们可以在任务执行期间实时抓取并记录下大量的飞行数据。等到任务完成后,我们再对这些数据进行事后分析,以发现系统中存在的问题并解决之。另外,在执行低空飞行任务的各架飞机之间进行信息共享方面的研究也已经展开”。

  总所周知,战机进行低空飞行时会遇到很多环境方面的限制,比如有时需要避让一些地形障碍物,这使得低空编队飞行非常的危险,极具挑战性。现在的飞行员在进行编队飞行时,主要靠目视的方法保持安全距离。不过,基于网络技术的数据链通信方式的发展,为我们解决低空编队飞行的难题提供了一个崭新的思路” 。

  为了满足低空飞行的特殊要求,必须借助于高性能的飞行模拟器,增强飞行员的训练水平。奥德森解释说:“在15至20年之前,空军主要采用在沙盘模型上方移动照相机的方法模拟低空飞行的环境。现在的模拟器则要先进的多,它们安装了和飞机驾驶舱中完全一样的机载设备——比如红外前视系统和雷达,供飞行员练习操控。而且现在的虚拟现实模拟技术非常的先进,几乎可以让受训人员产生在真实环境下执行飞行任务的感觉。同时,飞行模拟器还可以复制出多种雷达影像和地面杂波图像”。模拟飞行训练不仅有助于提高受训人员的飞行技术,而且还节省了大量的时间和经费。

  飞行模拟器中还采用了一项很重要的数字地图库技术,通过它可以模拟出地球上任何一个飞行区域。借助于这一技术,美国军方可以在执行实战飞行任务之前进行充分而又安全的预演。

  奥德森说:“如果是在以前,我们的飞行员必须到外面实地训练低空飞行技术。粗略估算一下,光是花费在给飞行员授课上的时间就有5到6周,而前两周也只能让他们熟悉一下环境。这种实地训练方法需要花费大量的飞行小时数和训练经费。但是现在,我们只需要用飞行模拟器就可以开展所有的飞行训练。这不仅降低了训练费用,同时还锻炼了机组人员之间的协调能力”。

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