Multifunción Radar Phased Array (MPAR) fue un experimental Doppler radar sistema que utiliza red en fase tecnología. MPAR podría escanear en ángulos de hasta 60 grados de elevación y, simultáneamente, rastrear fenómenos meteorológicos, volantes biológicos, aeronaves no cooperativas y tráfico aéreo . Desde 2003 hasta 2016, hubo un MPAR operativo dentro de los Estados Unidos continentales: un conjunto de radar AN / SPY-1A reutilizado prestado a la NOAA por la Marina de los EE . UU . [2] El MPAR fue desmantelado y eliminado en 2016.
País de origen | EE.UU |
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Introducido | 2003 |
No. construido | 1 |
Tipo | Radar meteorológico / de tráfico aéreo |
Frecuencia | 3200 MHz ( banda S ) |
PRF | 918 Hz |
Amplitud de rayo | costado 1,6 ° - 2,2 ° a 45 ° [1] |
Ancho de pulso | Ajustable a 2,5 μs |
RPM | Dirigido mecánicamente |
Altitud | 360 m (1180 pies) |
Diámetro | 3,7 m (12 pies) |
Azimut | Dirigido mecánicamente: se anticipan más de 4 antenas con despliegue operativo |
Elevación | hasta 60º |
Energía | 750 kW |
La NOAA y la FAA planean eventualmente desmantelar sus radares NEXRAD , TDWR y ASR en favor de varios cientos de radares de matriz en fase conceptualmente similares a MPAR. [3]
Historia
El MPAR se derivó de un radar de a bordo de la Marina de los EE. UU., El AN / SPY-1. El AN / SPY-1, que vio por primera vez el servicio a partir de 1973 cuando se instaló en el USS Norton Sound , se convirtió en el radar de búsqueda aérea estándar de la Marina de los EE. UU. Y las armadas de varias otras naciones aliadas. Durante el uso, se descubrió que la tasa de falsas alarmas era alta debido a que el radar detectaba enjambres de insectos y desorden de terrenos montañosos cercanos. [4] Aunque problemático para un radar de defensa aérea militar , es ideal para un radar meteorológico , y convirtió a los radares de matriz en fase en un candidato principal para su implementación en el espectro meteorológico. A medida que surgieron diferentes versiones de la familia AN / SPY a lo largo de la década de 1990, en 2003 la Marina de los EE. UU. Prestó un radar AN / SPY-1A excedente a la NOAA para la investigación meteorológica. NOAA construyó una torre y un pedestal para albergar la antena y sus componentes en el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas en Norman, Oklahoma . [5] [6]
Despliegue y usos
Los radares convencionales suelen utilizar un plato parabólico grande para enfocar el rayo del radar y dependen de motores para mover el plato en azimut y elevación. Por el contrario, los arreglos en fase son un arreglo de antenas , compuesto por muchas antenas pequeñas en un panel plano, que dirigen el haz del radar electrónicamente cambiando la fase de la señal emitida desde cada elemento de antena. Las señales de cada elemento se suman en la dirección deseada y se cancelan en otras direcciones, un fenómeno conocido como interferencia . Esta capacidad puede evitar la necesidad de motores y piezas móviles, lo que aumenta la confiabilidad y puede disminuir el costo del sistema. [7] Sin embargo, los ángulos en los que una matriz en fase de panel plano puede dirigir su haz están limitados a un máximo de aproximadamente 120 °, siendo 90 ° más realista. Esto significa que se requieren cuatro paneles, montados en ángulo recto entre sí, para proporcionar una cobertura completa de 360 °, o menos paneles (incluso uno), montados en un pedestal giratorio como con un radar de antena convencional. [8] Una alternativa es construir el radar con muchas tiras de antena altas pero estrechas dispuestas en un cilindro. [8]
De 2003 a 2016, el MPAR formó el núcleo del National Weather Radar Testbed (NWRT), utilizado como prueba de concepto para validar el potencial meteorológico de los radares de matriz en fase. El MPAR proporcionó escaneos de volumen mucho más rápidos, perfiles de viento completos y conocimientos más completos de la estructura supercelular , al tiempo que rastreaba aviones. [9] Debido a la resolución temporal que varía de 30 a 60 segundos y la solución de escaneo de un sector utilizada por MPAR, los tiempos de anticipación de advertencias de tormentas severas y tornados aumentaron hasta 8 minutos de los 13 minutos ya existentes. [10] [11]
Un inconveniente del MPAR, en comparación con los radares NEXRAD actualmente desplegados , era que el MPAR no admitía la polarización dual , es decir, la orientación polar del haz del radar. La tecnología de doble polarización aprovecha el hecho de que las gotas de lluvia que caen tienen una forma aplanada como resultado de la resistencia del aire y, por lo tanto, devuelven una señal diferente en el plano horizontal que en el vertical. [12] De manera similar, otros objetos (nieve, granizo, pájaros e insectos, humo) también reflejan el rayo del radar de manera diferente en los dos planos. Estas diferencias son medidas por el radar, los algoritmos informáticos procesan los datos y producen conclusiones sobre la naturaleza de la precipitación detectada. El radar polarimétrico proporciona mejoras en la detección de tornados, mediciones de la tasa de lluvia, discriminación del tipo de precipitación y más. [13] [14] [15] La capacidad de polarización dual se implementó en los radares NEXRAD existentes a partir de 2011 y se completó en abril de 2013. [16] El MPAR, al ser un diseño de la década de 1970, no tenía capacidad polarimétrica y se actualizó. habría sido costoso, si no imposible. [17] [18] Esta limitación se abordó en el sucesor de MPAR (consulte la sección a continuación).
Además de la observación meteorológica, el MPAR era capaz de vigilar el tránsito aéreo; este era el papel original de los poderosos radares AN / SPY-1 de los que se derivaba el MPAR. La capacidad de detectar y rastrear aeronaves mientras monitorea simultáneamente el clima atrajo la atención de la FAA, que opera numerosos radares con fines de control del tráfico aéreo (por ejemplo, la serie ASR), así como radares meteorológicos localizados cerca de los aeropuertos (unidades TDWR) para detectar peligros. a aeronaves como bandadas de pájaros , cizalladura del viento y microrráfagas , entre otros . [19] Nueve modelos diferentes de radar basados en antena podrían ser reemplazados por un radar de matriz en fase. [20] La consolidación de estos diferentes tipos de radares y sus funciones en un modelo conduciría a un ahorro de costes mediante la reducción de hasta un tercio de los radares necesarios, una formación y un mantenimiento optimizados y un aumento de la fiabilidad gracias a las piezas de repuesto comunes. [19] [21]
Jubilación y sucesor
Aunque el MPAR era un radar potente con características únicas que no estaban disponibles para los radares meteorológicos y de vigilancia aérea convencionales, era un diseño antiguo, que utilizaba piezas antiguas, y su potencial de actualización de hardware era muy limitado; en muchos aspectos era inferior a los radares convencionales. Para dar paso a un radar más avanzado, el MPAR fue dado de baja y retirado de su estructura de torre el 26 de agosto de 2016 [22].
El Laboratorio Lincoln del MIT dirigió el proyecto para diseñar un sucesor de MPAR de doble polaridad, incorporando las muchas lecciones aprendidas del desarrollo y operación de MPAR. [21] El prototipo, llamado Advanced Technology Demonstrator (ATD), se instaló el 12 de julio de 2018 en la torre que antes albergaba el MPAR, y se espera que entre en pleno funcionamiento en 2019. [22] [23] Al igual que el MPAR, el El radar ATD es una matriz en fase de panel plano de banda S con un campo de visión de 90 °. Está compuesto por 76 paneles cuadrados, cada uno con 64 elementos radiantes (para un total de 4,864 elementos), dispuestos en una antena de 14 pies (4,3 m) y montados en un pedestal giratorio similar a los utilizados por las antenas parabólicas NEXRAD.
Referencias
- ^ Borowska, Lesya; Zhang, Guifu; Zrnić, Dusan S. (2015). "Consideraciones para el sobremuestreo en acimut en el radar meteorológico Phased Array" . Revista de tecnología atmosférica y oceánica . 32 (9): 1614-1629. Código bibliográfico : 2015JAtOT..32.1614B . doi : 10.1175 / JTECH-D-15-0018.1 .
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