Частотная гибкость — это способность радиолокационной системы быстро менять свою рабочую частоту для учета атмосферных эффектов, глушения , взаимных помех с дружественными источниками или для усложнения определения местоположения радиовещателя с помощью радиопеленгации . Этот термин может также применяться к другим областям, включая лазеры или традиционные радиопередатчики, использующие частотное разделение , но он по-прежнему наиболее тесно связан с областью радиолокации, и эти другие роли обычно используют более общий термин « скачкообразное изменение частоты ».
Радарные системы обычно работают, посылая короткие импульсы радиоэнергии , а затем выключая передатчик и прослушивая возвращающиеся эхо-сигналы от различных объектов. Поскольку эффективный прием сигнала требует тщательной настройки всей электроники в трансивере, для каждой рабочей частоты требовался выделенный трансивер. Из-за размера ламповой электроники, используемой для создания трансиверов, ранние радарные системы, такие как те, которые были развернуты во Второй мировой войне , как правило, были ограничены работой на одной частоте. Знание этой рабочей частоты дает противнику огромную возможность вмешиваться в работу радара или собирать дополнительную разведывательную информацию.
Британцы использовали частотную информацию о радаре Вюрцбурга , собранную в ходе операции Biting, для создания « Window », полосок алюминиевой фольги, обрезанных до половины длины волны Вюрцбурга, что сделало его практически бесполезным. Они также создали блоки глушения, «Carpet» и «Shivers», которые передавали сигналы на частоте Вюрцбурга, создавая запутанные изображения, которые были бесполезны для прицеливания. [1] Послевоенные расчеты оценили, что эти усилия снизили боевую эффективность Вюрцбурга на 75%. [2] Эти контрмеры заставили немцев модернизировать тысячи единиц в полевых условиях для работы на других частотах.
Знание частоты Вюрцбурга также помогло британцам в их попытках обнаружить системы с помощью радиопеленгаторов , что позволило направлять самолеты в обход радаров или, по крайней мере, держаться на большем расстоянии от них. Это также помогло им находить новые рабочие частоты по мере их появления, выбирая местоположение известных установок, когда они исчезали, и выделяя их для дальнейшего изучения.
Радарная система, которая может работать на нескольких различных частотах, затрудняет реализацию этих контрмер. Например, если глушитель разработан для работы на известной частоте, изменение этой частоты в некоторых полевых комплектах сделает глушитель неэффективным против этих устройств. Чтобы противостоять этому, глушитель должен слушать на обеих частотах и вещать на той, которую использует конкретный радар.
Чтобы еще больше сорвать эти усилия, радар может быстро переключаться между двумя частотами. Независимо от того, как быстро отреагирует глушитель, будет задержка, прежде чем он сможет переключиться и начать вещание на активной частоте. В течение этого периода времени самолет не маскируется, что позволяет его обнаружить. [3] В своем окончательном воплощении каждый импульс радара посылается на другой частоте, и поэтому одночастотное глушение становится практически невозможным. В этом случае глушители вынуждены вещать на всех возможных частотах одновременно, что значительно снижает его выход на любом канале. При широком выборе возможных частот глушение может быть сделано полностью неэффективным. [3]
Кроме того, наличие широкого спектра частот значительно затрудняет ELINT. Если в обычном режиме работы используется только определенное подмножество возможных частот, противник лишается информации о том, какие частоты могут использоваться в военное время. Это была идея, лежащая в основе радара AMES Type 85 в сети Linesman/Mediator в Соединенном Королевстве . У радара Type 85 было двенадцать клистронов, которые можно было смешивать для получения шестидесяти выходных частот, но только четыре из клистронов использовались в мирное время, чтобы лишить Советский Союз любой информации о том, какие сигналы будут использоваться во время войны. [4]
Одной из основных причин, по которой ранние радары не использовали более одной частоты, был размер их ламповой электроники. Поскольку их размер уменьшался за счет улучшения производства, даже ранние системы модернизировались, чтобы предлагать больше частот. Однако они, как правило, не могли переключаться на лету через саму электронику, а управлялись вручную и, таким образом, не были действительно гибкими в современном смысле.
Частотная перестройка «грубой силой», как у Linesman, была распространена на больших радарах раннего оповещения , но менее распространена на меньших устройствах, где размер клистронов оставался проблемой. В 1960-х годах твердотельные компоненты значительно уменьшили размер приемников, что позволило нескольким твердотельным приемникам вписаться в пространство, ранее занимаемое одной ламповой системой. Это пространство можно было использовать для дополнительных передатчиков и обеспечить некоторую гибкость даже на меньших устройствах.
Пассивные радары с электронным сканированием (PESA), представленные в 1960-х годах, использовали один источник микроволн и ряд задержек для управления большим количеством антенных элементов (решеткой) и электронного управления лучом радара путем небольшого изменения времени задержки. Разработка твердотельных микроволновых усилителей, JFET и MESFET , позволила заменить один клистрон несколькими отдельными усилителями, каждый из которых управляет подмножеством решетки, но при этом вырабатывает то же количество общей мощности. Твердотельные усилители могут работать в широком диапазоне частот, в отличие от клистрона, поэтому твердотельные PESA обеспечивали гораздо большую гибкость частоты и были гораздо более устойчивы к помехам.
Внедрение активных электронно-сканирующих решеток (AESA) еще больше развило этот процесс. В PESA транслируемый сигнал является одночастотным, хотя эта частота может быть легко изменена от импульса к импульсу. В AESA каждый элемент возбуждается на разной частоте (или, по крайней мере, на широком их выборе) даже в пределах одного импульса, поэтому на любой заданной частоте нет мощного сигнала. Радар знает, какие частоты транслировались, и усиливает и объединяет только эти обратные сигналы, тем самым восстанавливая один мощный эхо при приеме. [3] Противник, не знающий, какие частоты активны, не имеет сигнала, который мог бы увидеть, что делает обнаружение на приемниках радиолокационного оповещения чрезвычайно сложным.
Современные радары, такие как AN/APG-81 истребителя F-35 , используют тысячи модулей передатчика/приемника, по одному на каждый элемент антенны. [5]
Причина, по которой несколько сотовых телефонов могут использоваться одновременно в одном и том же месте, заключается в использовании скачков частоты . Когда пользователь хочет сделать звонок, сотовый телефон использует процесс согласования, чтобы найти неиспользуемые частоты среди многих, которые доступны в его зоне действия. Это позволяет пользователям присоединяться и покидать определенные вышки сотовой связи на лету, а их частоты отдаются другим пользователям. [6]
Частотно-адаптивные радары могут предложить те же преимущества. В случае нескольких самолетов, работающих в одном месте, радары могут выбирать частоты, которые не используются, чтобы избежать помех. Однако это не так просто, как в случае с сотовым телефоном, поскольку в идеале радары будут менять свои рабочие частоты с каждым импульсом. Алгоритмы выбора набора частот для следующего импульса не могут быть по-настоящему случайными, если кто-то хочет избежать всех помех с аналогичными системами, но неслучайная система подлежит методам ELINT для определения шаблона.
Другая причина добавления частотной гибкости не имеет ничего общего с военным применением; метеорологические радары часто имеют ограниченную гибкость, позволяющую им сильно отражаться от дождя или, поочередно, видеть сквозь него. Переключая частоты вперед и назад, можно построить составное изображение погоды.