Чем отличается радар на основе магнетрона от твердотельного

Новые радарные технологии: твердотельные радары импульсного сжатия

Лучшим другом рыбака может быть его эхолот, но радар должен по крайней мере быть бесценным спутником. Радар может помочь найти птиц – а с их помощью и рыбу, - и он представляет собой важный элемент безопасности в плохую погоду, ночью или в ситуациях с повышенным трафиком.

Значительные изменения в технологиях радаров за последние восемь лет позволили усилить все перечисленные достоинства радаров. Представленный еще в 2009 году Simrad BR24 Broadband – первый рекреационный морской твердотельный радар, использующий технологию частотно-модулированных непрерывных волн. С тех пор компания выпустила 3G- и 4G-радар с той же технологией (FMCW), а в 2015 году – радар HALO – твердотельный (полупроводниковый) продукт, использующий технологию импульсного сжатия.

2016 год ознаменовался появлением таких моделей как Raymarine Quantum, Furuno DRS4D-NXT, Garmin Fantom, вступивших в жесткую конкуренцию друг с другом на рынке радаров импульсного сжатия. Humminbird последовал их примеру в 2017 году. В случае с Furuno и Garmin их твердотельные радары пришли с доплеровской технологией. Но что все это значит и как может помочь рыбакам? Попробуем разобраться во всех этих красивых словах.

Магнетрон против полупроводников

Словосочетание «твердотельный радар» означает лишь то, что данный продукт использует вместо электронных ламп полупроводниковые приборы. Магнетронные радары, до сих пор составляющие конкуренцию твердотельным, появились еще в сороковых годах прошлого века, но даже сегодня не являются анахронизмом. Усовершенствования технологии цифровой обработки сигналов дали магнетронным радарам вторую жизнь, поэтому до сих пор они занимают существенную долю рынка.

Отличия магнетронного радара и твердотельного существенны. Радар на основе магнетрона эквивалентного размера больше весит и излучает гораздо большую мощность СВЧ-колебаний. С другой стороны, твердотельные устройства могут быть весьма эффективны при меньшей мощности, обладая большей чувствительностью. Из-за значительного микроволнового излучения магнетронного радара, представляющего собой открытую микроволновую печь, важным является вопрос обеспечения их безопасности для окружающих. Некоторые говорят, что пострадать от магнетронного радара можно только при очень длительном нахождении в поле его действия. Тем не менее, компании, например, Garmin, создали зоны безопасности в пределах своих систем.

Работа на дальних дистанциях

Мощный сигнал магнетрона обычно позволяет гораздо дальше различать мелкие цели, чем сигнал твердотельного радара, что делает его лучшим вариантом для нахождения птиц, являющихся признаком наличия рыбы. Новый магнетронный радар Furuno DRS6A X-Class был специально разработан для поиска птиц.

Полупроводниковая технология позволяет различать более близкие цели – некоторые даже от 4,5 до 6 метров – гораздо более четко.

Магнетронный радар требует времени прогрева. Прогрев магнетрона до рабочего режима может составить до 2.5 минут, но в модели DRS6A был сокращен до 1 минуты.

Рабочие обновления

Полупроводниковые решения оказались востребованы для реализации технологии импульсного сжатия, имеющей сходство с применяемой в эхолотах технологией CHIRP. Излучаемый сигнал меняет частоту, в результате чего улучшается разрешающая способность устройства. Благодаря этому пользователь может различить две отдельные цели, расположенные близко друг от друга.

Для каждой компании-производителя сжатие импульсов может различаться. Радар Simrad Halo уникален тем, что «один обычный импульс и пять частотно-модулированных позволяют склеить информацию для комплексного показа. Некоторые компании используют более короткие импульсы, поскольку чем короче импульс, тем меньше время ожидания его отклика.

На малой дальности радарам не нужно несколько импульсов. Например, в зависимости от размера антенны открытого типа можно распознавать цели на длине волны до 72 нм. Купол радара Quantum – который, кстати, подключается к МФД Raymarine через Wi-Fi или через проводное соединение – на длине волны порядка 24 нм.

Полупроводники также позволили начать использовать доплеровскую технологию, благодаря которой можно получать практически мгновенную информацию о приближающихся судах. Доплерография, используемая в наземных системах прогнозирования погоды, использует различия в частоте сигналов от приближающегося судна и способна четко показать любые потенциальные риски столкновения на воде.

Компания Garmin представила Fantom 4- и 6-футовые радары открытого типа с доплером в феврале и его купольные версии Fantom 18 и 24 в ноябре. Furuno представил свой NXT 24-дюймовый радар в феврале. Оба устройства компаний показывают приближающиеся цели (со скоростью более трех узлов) красным цветом (или в случае с Garmin – пурпурным).

Уникальный доплер

Все радары Garmin Fantom имеют значительную для всей отрасли выходную мощность 40 Вт, тогда как конкуренты – в основном 15 – 20 Вт. Антенны Fantom 4 и 6 вращаются с частотой 24 или 48 оборотов/мин в зависимости от режима, работая на длине волны до 72 нм. Fantom 18 и 24 с теми же периодами вращения показывают цели на длине волны порядка 48 нм.

Furuno NXT располагает трехскоростным двигателем, который способен вращать радар на 48 оборотах на малой дальности, 36 оборотах – на чуть больших расстояниях, и, наконец, на 24 оборотах – на максимальной дальности с длиной волны порядка 36 нм. Он также использует тонкий луч, способный, как и в случае радаров Raymarine и Simrad, распознавать детали целей.

В ближайшие годы морскую электронику ожидает рост технологий импульсного сжатия из зачаточного состояния. Развитие будет сопровождаться уменьшением размеров радаров импульсного сжатия с сохранением характеристик распознавания и разделения целей. А как насчет 10-15 лет? Возможно, очень дорогая технология фазированных решеток может подойти к конкурентной цене, на основе которой будут созданы радары 3D. Нанотехнологии тоже могут распространиться и занять морскую нишу с помощью миниатюаризации компонентов и их размещения вдоль борта. Вы только представьте себе это!