Multifunktion Phased Array Radar
 MPAR installerades 2003.
| |
| Ursprungsland | USA |
|---|---|
| Introducerad | 2003 |
| Nej byggd | 1 |
| Typ | Radar för väder/flygtrafik |
| Frekvens | 3 200 MHz ( S-band ) |
| PRF | 918 Hz |
| Strålbredd | bredsida 1,6° - 2,2° vid 45° |
| Pulsbredd | Justerbar till 2,5 μs |
| RPM | Mekaniskt styrd |
| Höjd över havet | 360 m (1 180 fot) |
| Diameter | 3,7 m (12 fot) |
| Azimut | Mekaniskt styrd - 4+ antenner förväntas med operativ utbyggnad |
| Elevation | upp till 60º |
| Kraft | 750 kW |
Multifunction Phased Array Radar (MPAR) var ett experimentellt Doppler- radarsystem som utnyttjade phased array- teknologi. MPAR kunde skanna i vinklar så höga som 60 grader i höjdled och samtidigt spåra meteorologiska fenomen, biologiska flygblad, icke-samarbetsvilliga flygplan och flygtrafik . Från 2003 till och med 2016 fanns det ett operativt MPAR inom fastlandet i USA – en återanvänd AN/SPY-1A radaruppsättning lånad till NOAA av den amerikanska flottan . MPAR avvecklades och togs bort 2016.
NOAA och FAA planerar att så småningom avveckla sina NEXRAD- , TDWR- och ASR- radarer till förmån för flera hundra fasstyrda arrayradarer som konceptuellt liknar MPAR.
Historia
MPAR härrörde från en fartygsburen radar från den amerikanska marinen, AN/SPY-1. AN/SPY-1 sågs först 1973 när den installerades på USS Norton Sound . Under användning upptäcktes det att falsklarmfrekvensen var hög på grund av att radarn upptäckte svärmar av insekter och skräp från närliggande bergig terräng. Även om det är problematiskt för en militär luftvärnsradar , är detta idealiskt för en väderradar och gjorde fasade radar med radar till en främsta kandidat för implementering i det meteorologiska spektrumet. När olika versioner av AN/SPY-familjen uppstod under 1990-talet, lånade den amerikanska flottan 2003 en överskottsradar AN/SPY-1A till NOAA för meteorologisk forskning. NOAA byggde ett torn och piedestal för att hysa antennen och dess komponenter vid National Severe Storms Laboratory i Norman, Oklahoma .
Spridning
Konventionella radarer använder vanligtvis en stor, parabolisk skål för att fokusera radarstrålen och förlitar sig på motorer för att flytta skålen i azimut och höjd. Däremot är fasstyrda arrayer en antennuppsättning , sammansatt av många små antenner på en platt panel, som styr radarstrålen elektroniskt genom att ändra fasen för signalen som sänds ut från varje antennelement. Signalerna från varje element adderas i önskad riktning och tar ut i andra riktningar, ett fenomen som kallas interferens . Denna förmåga kan undanröja behovet av motorer och rörliga delar, vilket ökar tillförlitligheten och kan minska kostnaderna för systemet. Vinklarna i vilka en fasad array med platt panel kan styra sin stråle är dock begränsade till maximalt cirka 120°, där 90° är mer realistiskt. Detta innebär att fyra paneler, monterade i rät vinkel mot varandra, krävs för att ge full 360° täckning – eller färre paneler (även bara en), monterade på en roterande piedestal som med en konventionell parabolradar. Ett alternativ är att konstruera radarn av många höga men smala antennband anordnade i en cylinder.
Från 2003 till 2016 utgjorde MPAR kärnan i National Weather Radar Testbed (NWRT), som användes som ett proof-of-concept-test för att validera den meteorologiska potentialen hos radar med fasstyrda radar. MPAR gav mycket snabbare volymskanningar, omfattande vindprofilering och mer kompletta insikter om supercellulär struktur, samtidigt som flygplan spårades. På grund av den tidsmässiga upplösningen som sträcker sig från 30 till 60 sekunder och den ensektorsskanningslösning som används av MPAR, ökade ledtiderna för varningar för svår storm och tornado så mycket som 8 minuter från de redan befintliga 13 minuterna.
En nackdel med MPAR, jämfört med de för närvarande utplacerade NEXRAD- radarerna, var att MPAR inte stödde dubbelpolarisering - det vill säga den polära orienteringen av radarstrålen. Dubbelpolariseringstekniken utnyttjar det faktum att fallande regndroppar har en tillplattad form som ett resultat av luftmotståndet och därmed returnerar en annan signal i horisontalplanet än i vertikalplanet. På liknande sätt reflekterar andra föremål – snö, hagel, fåglar och insekter, rök – radarstrålen på olika sätt i de två planen. Dessa skillnader mäts av radarn, datoralgoritmer bearbetar data och ger slutsatser om den detekterade nederbördens natur. Polarimetrisk radar ger förbättringar i tornadodetektering, mätningar av nederbördsfrekvens, diskriminering av nederbördstyp och mer. Dubbelpolariseringsförmåga rullades ut till de befintliga NEXRAD-radarerna med början 2011 och var färdig i april 2013. MPAR, som är en 1970-talsdesign, hade inte polarimetrisk kapacitet och eftermontering skulle ha varit kostsamt, om inte omöjligt. Denna begränsning togs upp i MPAR-efterföljaren (se avsnittet nedan).
Icke-meteorologiska tillämpningar
Förutom meteorologisk observation var MPAR kapabel till flygtrafikövervakning - detta var den ursprungliga rollen för de kraftfulla AN/SPY-1-radarerna som MPAR härrörde från. Förmågan att upptäcka och spåra flygplan och samtidigt övervaka vädret uppmärksammades av FAA, som driver ett flertal radarer för flygtrafikledningsändamål (t.ex. ASR-serien), såväl som lokaliserade väderradarer nära flygplatser (TDWR-enheter) för att upptäcka faror till flygplan som fågelflockar , vindskjuvning och mikrovågor , bland annat . Nio olika parabolbaserade radarmodeller skulle kunna ersättas av en fasad arrayradar. Att konsolidera dessa olika typer av radar och deras funktioner i en modell skulle leda till kostnadsbesparingar genom att minska upp till en tredjedel av de radar som behövs, strömlinjeformad utbildning och underhåll och ökad tillförlitlighet genom gemensamma reservdelar.
Pensionering och efterträdare
Även om MPAR var en kraftfull radar med unika egenskaper otillgängliga för konventionella meteorologiska radarer och luftövervakningsradarer, var det en gammal design som använde gamla delar, och dess hårdvaruuppgraderingspotential var starkt begränsad; i många avseenden var den sämre än konventionella radarer. För att ge plats åt en mer avancerad radar togs MPAR ur drift och togs bort från sin tornstruktur den 26 augusti 2016.
MIT Lincoln Laboratory ledde projektet för att designa en MPAR-efterföljare med dubbelpolaritet, som inkluderade de många lärdomarna från utvecklingen och driften av MPAR. Prototypen, kallad Advanced Technology Demonstrator (ATD), installerades den 12 juli 2018 på tornet som tidigare inhyste MPAR, och den förväntas bli fullt driftsatt 2019. Liksom MPAR är ATD-radarn en fasad platt panel med S - band array med ett 90° synfält. Den består av 76 kvadratiska paneler, var och en med 64 strålande element (för totalt 4 864 element) anordnade på en 14 fot (4,3 m) antenn, och är monterad på en roterande piedestal som liknar de som används av NEXRAD parabolantenner.