Radar thụ động

Hệ thống radar thông thường bao gồm một máy phát và một máy thu được bố trí cùng nhau, thường dùng chung một ăng-ten để truyền và nhận tín hiệu. Khi một tín hiệu xung được truyền đi, căn cứ vào thời gian xung truyền tới đối tượng/mục tiêu và bị phản xạ trở lại, có thể xác định được khoảng cách đến đối tượng. Hệ thống radar thụ động (passive radar system - còn được gọi là hệ thống giám sát thụ động, radar bí mật thụ động) là một lớp các hệ thống radar phát hiện và theo dõi các đối tượng bằng cách xử lý phản xạ các nguồn sóng sẵn có trong môi trường, như sóng mô-đun hóa tần số tương tự FM (Frequency modulation), sóng điện thoại di động, sóng âm thanh kỹ thuật số…

israel lieu co kich dong mot cuoc chay dua moi ve radar thu dong hinh anh 1
Nguyên lý hoạt động của các hệ thống radar; Nguồn: hensoldt.net

Hệ thống radar thụ động không có thiết bị phát chuyên dụng; thay vào đó, bộ thu sử dụng các bộ phát của bên thứ ba trong môi trường và đo chênh lệch thời gian tín hiệu đến trực tiếp từ bộ phát đến bộ thu và tín hiệu gặp đối tượng rồi phản xạ đến bộ thu. Nguyên lý này không mới, các thí nghiệm radar đầu tiên bởi Robert Watson-Watt ở Vương quốc Anh năm 1935 đã chứng minh, bằng việc sử dụng sóng ngắn của đài BBC tại Daventry, có thể phát hiện máy bay ném bom Handley Page Heyford ở khoảng cách 12km.

Radar song tĩnh (bistatic) bao gồm máy phát và máy thu được bố trí cách nhau một khoảng tương đương với khoảng cách mục tiêu dự kiến. Ngoài cự li tĩnh, radar thụ động thường cũng đo sự dịch chuyển Doppler (được hiểu là sự thay đổi tần số của sóng liên quan đến người quan sát đang di chuyển so với nguồn sóng - được đặt theo tên của nhà vật lý người Áo Christian Doppler - ND) song tĩnh của âm và cả hướng đến của nó. Chúng cho phép tính toán vị trí, hướng và tốc độ của đối tượng.

Các radar ban đầu đều ở dạng song tĩnh vì công nghệ để ăng-ten chuyển từ chế độ phát sang chế độ thu chưa được phát triển. Nhiều quốc gia đã sử dụng hệ thống song tĩnh trong mạng lưới phòng không vào đầu những năm 1930. Anh có hệ thống Chain Home, Pháp sử dụng radar Sóng liên tục (Continuous Wave - CW) song tĩnh trong hệ thống "hàng rào" (“barrier”), Liên Xô có hệ thống CW với tên gọi RUS-1, và Nhật đã phát triển radar CW song tĩnh có tên "Type A".

Người Đức đã sử dụng hệ thống song tĩnh thụ động trong Thế chiến II, với mật danh Klein Heidelberg Parasit hoặc Heidelberg-Gerät, được triển khai tại 7 địa điểm (Limmen, Oostvoorne, Ostend, Boulogne, Abbeville, Cap d'Antifer và Cherbourg), sử dụng các radar Chain Home của Anh để phát hiện máy bay trên phần phía nam của Biển Bắc. Các hệ thống radar song tĩnh đã nhường chỗ cho các hệ thống đơn tĩnh (thiết bị phát và thu tín hiệu cùng bố trí tại một nơi) vào năm 1936 vì dễ thực hiện hơn nhiều, nhờ loại bỏ sự phức tạp hình học do các điểm phát và thu riêng biệt tạo ra.

Đầu những năm 1950, hệ thống song tĩnh được quan tâm trở lại khi một số đặc tính của năng lượng radar phân tán được khám phá. Thuật ngữ song tĩnh ("bistatic") được K. M. Siegel sử dụng lần đầu tiên vào năm 1952, trong một báo cáo mô tả các đặc tính này của ông. Một trong những hệ thống radar thụ động lớn nhất và phức tạp nhất là RX12874 (hay "Winkle") của Anh, đã được triển khai vào những năm 1960-1980 để đáp trả sự ra đời của carcinotron - một thiết bị gây nhiễu radar mạnh đến mức dường như khiến các radar đường dài trở nên vô dụng.

Sự phát triển khả năng tính toán và công nghệ máy thu kỹ thuật số trong những năm 1980 cho phép xử lý tín hiệu bằng kỹ thuật số trong khai thác nhiều loại tín hiệu khác nhau và sử dụng các kỹ thuật tương quan chéo để xử lý tín hiệu nhằm phát hiện mục tiêu và ước tính cự li tĩnh cũng như độ dịch chuyển Doppler của đối tượng đã làm trỗi dậy mối quan tâm đến công nghệ radar thụ động.

Radar thụ động thế hệ mới của Israel

Trong thập niên đầu của thế kỷ 21, một số hệ thống PCL khác nhau đang được phát triển hoặc triển khai, bao gồm Silent Sentry của Lockheed Martin (Mỹ) và Cristal của Thales (Pháp), sử dụng sóng radio FM; Celldar do Roke Manor và BAE Systems (Anh) hợp tác phát triển, khai thác tín hiệu Hệ thống di động toàn cầu (Global Systems Mobile - GSM), hiện ở băng tần 900MHz, và băng tần 900MHz, 1800MHz - trong tương lai; CORA được phát triển bởi FGAN (Die Forschungsgesellschaft fur Angewandte Naturwissenschaosystem e.V.) của Đức, khai thác việc truyền phát Video Kỹ thuật số Mặt đất (Digital Video Broadcasting Terrestrial - DVB-T) và Truyền phát Âm thanh Kỹ thuật số (Digital Audio Broadcasting - DAB)…

Mới đây, Tập đoàn Israel, IAI Group - tập đoàn hàng không vũ trụ và quốc phòng hàng đầu thế giới, chuyên cung cấp các công nghệ hiện đại về không gian, trên không, trên bộ, hải quân, mạng và an ninh nội địa cho các thị trường quốc phòng và thương mại, đồng thời là doanh nghiệp lớn trên thị trường vũ khí toàn cầu - đã giới thiệu một loại radar thụ động mới (Passive Coherent Location System - PCL) sử dụng sóng tương tự FM và sóng DAB, có thể bí mật phát hiện và theo dõi 3D theo thời gian thực nhiều mục tiêu với độ chính xác rất cao trong điều kiện không lưu đông đúc.

Hệ thống radar thụ động VERA của Séc; Nguồn: asianmilitaryreview.com

Máy phát phổ biến nhất được sử dụng trong các hệ thống PCL hiện có là đài FM có sẵn trên toàn thế giới và băng thông tín hiệu (50-100kHz) và công suất 100-250kW. Hệ thống radar thụ động tiên tiến sử dụng đồng thời 20 bộ phát đòi hỏi khả năng tính toán và phần mềm xử lý tín hiệu cực kỳ phức tạp trong hỗn hợp tần số rất cao (very high frequency - VHF); máy tính tích hợp công suất cao, và tính toán cho phép xác định vị trí máy bay tàng hình không thể bị phát hiện bằng các hệ thống radar chủ động.

Hệ thống radar thụ động này rất dễ triển khai và có thể được triển khai trên thực địa, tại khu vực biên giới, ven biển, hoặc đô thị và những khu vực không thể tiếp cận được. Người ta có thể chỉ cần thiết lập máy phát của riêng mình và phát nhạc cổ điển, nhạc pop hoặc nhạc không lời và bố trí radar thụ động trong các thung lũng từ xa để theo dõi các vật thể bay ở độ cao thấp, bao gồm cả máy bay nhỏ, bay 'dưới tầm radar'. Công cụ lập kế hoạch nhiệm vụ của hệ thống có thể tư vấn vị trí tốt nhất cho radar với tọa độ cho bộ phận di động hiện nay hoặc các hệ thống tĩnh phát sóng trong tương lai.

Israel liệu có kích động một cuộc chạy đua mới về radar thụ động?

Môi trường điện từ (ElectroMagnetic - EM) trong chiến tranh tương lai bao gồm một hỗn hợp các tín hiệu của cả quân ta và quân địch sẽ phức tạp và tắc nghẽn. Theo các chuyên gia quân sự, trong vòng vài năm tới, radar thụ động được thiết lập để trở thành một bổ sung cho radar chủ động thông thường, dùng cho trường hợp không thể sử dụng radar chủ động. PCL sở hữu nhiều lợi thế quyết định mà đầu tiên là không thể bị định vị bằng các phương tiện thông thường.

Không giống như các hệ thống chủ động, radar thụ động không phát ra bất kỳ sóng nào của riêng nó, do đó, vô hình với các hệ thống dò-tìm radar. Đối thủ khó có thể áp dụng các biện pháp đối phó khi không biết mình đang bị theo dõi. Ngay cả khi một radar thụ động được xác định, nó cũng khó bị gây nhiễu, vì không thể biết nó đang sử dụng tần số nào, mặc dù các chiến thuật có thể được sử dụng để giả mạo nhằm mục đích gây nhầm lẫn. PCL không có bộ phận phát nhiệt nên không thể phát hiện bằng nguyên lý hồng ngoại.

Hệ thống PCL mới của Israel; Nguồn: jewishpress.com

PCL sử dụng sóng đa tần (FM/DAB/ DVB-T), mạng điện thoại di động, mạng cục bộ, và thậm chí cả truyền vệ tinh…, không ô nhiễm điện từ, có độ trễ ăng-ten theo dõi 1-2 giây, tốc độ cập nhật theo dõi 0,5 giây. Các công nghệ tàng hình đã được phát triển từ băng tần L sang băng tần X (1-12GHz). Tuy nhiên, đài FM hoạt động ở băng tần VHF, từ khoảng 80-108MHz, nơi các vật liệu và phương pháp tàng hình không phát huy hiệu quả. Do đó, máy bay “tàng hình” sẽ có mặt cắt lớn hơn nhiều (ít tàng hình hơn) trước các radar PCL sử dụng sóng FM.

Không những vậy, PCL có thể giúp giám sát điểm, giám sát biên giới/ven biển tầm xa, phát hiện mục tiêu không phát xạ, theo dõi mục tiêu bay chậm và thấp có độ chính xác cao trong phạm vi gần, chi phí mua sắm và bảo trì thấp. Do không cần máy phát cho nên kích thước, trọng lượng nhỏ hơn; độ phức tạp của hệ thống và bảo trì giảm, dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn và đơn giản hóa việc triển khai trên nền tảng di động, góp phần tăng khả năng hoạt động bí mật của radar PCL.

Một lợi ích khác của việc không sử dụng máy phát là radar PCL không có thêm nhu cầu về tài nguyên phổ tần - vấn đề đối với các radar đơn tĩnh mới là chúng phải được chấp thuận để hoạt động ở một tần số cụ thể với một băng thông cụ thể, tuy nhiên, vì các radar PCL sử dụng các tín hiệu có sẵn, đây không phải là rào cản đối với các hệ thống mới. Việc tiếp nhận tín hiệu có thể được thực hiện bằng các ăng-ten thương mại bán sẵn (commercial off-the-shelf COTS), dễ dàng lắp đặt trên cơ sở hạ tầng được bảo vệ mà không tiết lộ mục đích... Hiệu suất mạng (cụm) với nhiều cảm biến được cài đặt dễ dàng, có khả năng hoạt động từ xa, độc lập.

Trạm radar thụ động thế hệ mới của Israel sẽ sớm gia nhập thị trường thế giới, tham gia cạnh tranh trực tiếp với Kolchuga-M của Ukraine, TAMARA MCS-93, Kopac, Ramona Vera-NG được chế tạo tại Cộng hòa Séc.

Công ty nghiên cứu Visiongain dự đoán, thị trường radar thụ động toàn cầu sẽ tăng từ 2,324 tỷ USD vào năm 2020 lên 4,313 tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm là 6,38% trong giai đoạn 2020-2030./.