ג’ון ס. האנסן, Agilent Technologies
מערכות צבאיות חדישות, אשר מונעות על-ידי דרישות משימה חדשות ונתמכות על-ידי טכנולוגיות מתקדמות, מצריכות ציוד בדיקה מתוחכם כמו גם שיטות חדשות של פיתוח ואפיון. לדוגמה, הכללתם של אותות בעלי רוחב פס גבוה במערכות צבאיות, אשר מיועדת לספק רזולוציה משופרת של מערכות מכ”ם וקצבי נתונים גבוהים במערכות תקשורת, תוך הפחתת נטייתן של מערכות אלה לשיבושים, מקדמת את הצורך בכלי סימולציית אותות וניתוח שמסוגלים לעמוד ברוחבי הפס ובביצועים שווי ערך או גבוהים יותר מהמערכות שבפיתוח.
ככל שנמשכת מגמת הקיצוץ בתקציבי הביטחון ונמשכת מגמת המעבר מחוזים מבוססי עלות לחוזים מבוססי סכום קבוע שאינו נתון לשינוי, כך היכולת להלך על חבל דק בין ביצועי המכשירים לבין הפחתת עלויות הבדיקה הופכת מורכבת. המערכות הצבאיות שנמצאות כעת בתהליכי פיתוח עדיין נדרשות להפגין את הביצועים הגבוהים ביותר מבין כל מכשירי הבדיקה, וזאת על מנת להבטיח מוכנות תפעולית והצלחה. אולם כיום מוקדשת תשומת לב רבה לרמת הביצועים הנדרשת כבר בשלב קבלת ההחלטות בזמן רכישת הצב”ד. בנוסף, נלקחת בחשבון עלות הבדיקה הכוללת לאורך חיי המערכת. התכנון של מערכות הבדיקה החדשות ופיתוח של מדע מדידה מתקדם מושפעים מדרישות משימה שונות, שלל מגמות טכניות ומקדמים כלכליים. במאמר זה נסקור כמה מן המגמות המשמעותיות ביותר ונתאר את האופן שבו ענף הבדיקה והמדידה תומך בצרכים אלה.
מאז תחילתה של מלחמת ויאטנם, חלה התפתחות מתמדת בדרישות המשימה עבור מערכות רדאר ומערכות תקשורת צבאיות. התפתחות זו אמנם צברה תאוצה עם סיום המלחמה הקרה, אולם השינוי שחל בדרישות המשימה מעולם לא הגיע לרמות דרסטיות כגון אלה שנרשמו בעקבות העימותים האחרונים במזרח התיכון. הבה נבחן כמה מסדרי העדיפויות האחרונים.
נתח משמעותי מתקציב הפנטגון “נבלע” על-ידי מערכות כטב”מים (כלי טיס בלתי מאויישים). חלק ניכר מתקציב זה אינו מיועד לשלדת הכלי עצמה, אלא למערכות החישה ועיבוד הנתונים שנישאים על-ידי הכלי. ראשית, השידור של וידאו ברזולוציה גבוהה (מוצפן) מהכטב”ם, שעשוי להימצא בכל מקום בעולם, דרך לוויינים ובחזרה לארצות הברית, מצריך רוחב פס ניכר כתנאי להשגת קצבי הנתונים הדרושים. המשמעות היא שימוש באפנוני אות ברמה גבוהה יותר. היכולת לאפיין ביצועים תחת התנאים המחמירים ביותר של קישורים לווייניים הנה הכרחית. ניתן להשתמש בנתח אותות שמסוגל לנתח אותות לא סטנדרטיים, אולם במקרים רבים ידרש דוגם בעל רוחב פס גדול יותר או אפילו אוסילוסקופ עם יכולת ניתוח של אותות וקטוריים. במקרה אחרון זה, ייתכן שיהיה צורך להתפשר ולהקריב טווח דינמי לטובת רוחב פס המיועד לניתוח. יתר על כן, החיישנים שטעונים על גבי הכטב”מים מתאפיינים בעלייה מתמדת ברמות ביצועיהם וביכולתם להתמודד עם האיומים המשתנים. מערכות רדאר מסוג active array, אשר מתאפיינות בגודל פיזי קטן וברזולוציה גבוהה, מצריכים פלטפורמת מדידה מתואמת (קוהרנטית) ורבת ערוצים לצורך כיול מהיר ומדויק של המערך (ראה תמונה 1).
משימה מורכבת נוספת שנמצאת בעדיפות גבוהה בקרב כוחות הביטחון כוללת חיפוש ונטרול של מטעני חבלה מאולתרים (IEDs).
בעבר נעשה שימוש בטכנולוגיות רבות ושונות בניסיון לפתור את הבעיה. הפעלתם של מטענים אלה מיועדת להתבצע במספר דרכים. אלה כוללות שימוש באותות רדיו, אשר נפלטים על-ידי התקנים שונים, החל במכשירי טלפון סלולאריים והתקני רדיו דו-כיווני וכלה בהתקני שלט רחוק המיועדים לפתיחת דלתות מוסכים. בנוסף נעשה שימוש בחיישני אינפרה-אדום פסיביים (PIR) או בדיסקות לחץ פשוטות.
זיהוי אותות מאיימים וניטרולם מהווים משימה מאתגרת. לעיתים הפתרון היעיל ביותר עשוי להיות שיבוש כל התדרים בבת אחת (barrage jamming, שיבוש המבוסס על חסימה רחבת פס).
על מנת שנקבל מושג נאות לגבי האתגר, תמונה 3 מציגה טון מקודד שמקורו בהתקן רדיו ידני, אשר פועל בתדר נושא של
300MHz. אות זה כולל אפנון אודיו; אות מקודד ב-100Hz בקירוב. ניתן לראות כי זמן העלייה של טון זה הוא כ-50ms. במקרה של מערכות ללוחמה במטעני חבלה מאולתרים, עלינו לזהות את השידור ולשבש אותו לפני עליית האות. לשם כך, עלינו לשבש באופן סלקטיבי את מקורות האות שנתפסים כאיום. משבש התדרים צריך להתאפיין ברגישות רבה, טווח דינמי גבוה ומהירות סריקה שתאפשר להתמודד עם מקורות השידור של האותות ואף להבדיל בין שידורי האויב לבין שידורים אזרחיים – תוך שימור משאבי המערכת, דהיינו – אנרגיה.
לצורך הערכה של מערכות השיבוש, יש צורך חיוני ביכולת בדיקה מלאה שמאפשרת לדמות מקורות אות מרובים. מחולל אותות (AWG) בעל רוחב פס גבוה, הכולל טווח דינמי גדול הנע בין 12 ל-14 סיביות, יכול לשמש להדמיה של רצועות ספקטרום רחבות וכן של מקורות אות שונים. לאור הדרישות המחמירות וסוגי האיומים החדשים, מחוללי אות AWG מסוג זה כבר פותחו וזמינים כיום עם קצב דגימה של
8 עד 12 Msamples/s, ויכולים לספק אותות מאופננים ברוחב פס אפנון של 3.2 עד
5GHz ותחום דינמי נקי גבוה במיוחד (spur free dynamic range) של יותר
מ-75dBc.
המגמות הטכנולוגיות, אשר מניעות את התעשיות הביטחוניות לרמת ביצועים גבוהה יותר ולמערכות מתוחכמות יותר משפיעות בנוסף על דרישות מציוד הבדיקה והמדידה. ההתקדמות שחלה לאחרונה בכל הנוגע לחומרים מרוכבים ולמזעור של מוליכים למחצה סייעה לפיתוח של מגברי מצב מוצק (solid state amplifiers) עם יכולות של הספק גבוה, נצילות וליניאריות לצד גודל פיזי קטן בהרבה. מגברי גליום ניטריד (GaN) מחליפים בהדרגה את מגברי ה- (traveling wave tube amplifiers) ביישומי רדאר והובילו לפיתוח של מכ”ם מסוג “מערך מופע סורק-אלקטרונית אקטיבי” (AESA). מרכיבי המערך כוללים רכיבי שידור/קליטה (TRM), כמתואר בתמונה 4. האלומות נוצרות ומנותבות דרך היישום של היסט פאזה בין המרכיבים השונים של המערך.
מערכות המכ”ם (Digital Array Radars) שנמצאות כיום בשלב המחקר ישנה פרדיגמה בנוגע לבדיקות אנטנות המכ”ם. במערכות ה-active array של היום, ה-TRM הוא התקן קלאסי של כניסה אנלוגית ויציאה אנלוגית. במערכות ה-DAR תתבצע המרה אנלוגית לדיגיטלית (ADC) בתוך ה-TRM, אשר הופך להתקן של כניסה אנלוגית ויציאה דיגיטלית ויקשה על יישומו של ניתוח הרשת המסורתי. כדי לעמוד בקצב של מערכות חדשות אלה, נדרש פיתוח של מתודולוגיות בדיקה חדשות.
עיבוד אותות ויכולות מחשוב מהווים מגמה טכנולוגית נוספת, אשר לה השפעה עמוקה על השוק המסחרי והשוק הצבאי כאחד, במקרים שבהם ביצועים, צריכת הספק וגודל מהווים שיקולים מכריעים. ההתקדמות שחלה בהתקנים כגון מעבדי אותות דיגיטליים (DSP), מעבדים גרפיים (GPU) ומערכי שערים הניתנים לתכנות (FPGA) אפשרו אלגוריתמים ואותות מתוחכמים יותר במערכות רדאר, לוחמה אלקטרונית, לוויינים ותקשורת קרקעית. התקנים אלה מאפשרים ביצועים ויכולות משופרות במערכות שבהן אילוצי ההספק וגודל הצריכו התפשרות בעבר. בזכות כלים מתקדמים אלה, המערכות מתאפיינות כעת בגמישות שמאפשרת לבצע מספר פונקציות, וזאת כיוון שמצב הפעולה שלהן הנו כעת מוגדר תוכנה. לדוגמה, רדאר מוטס יכול לתמוך בפונקציות כתקשורת, מעקב אחר מטרות, בקרת אש ומיפוי קרקעי ולאחר מכן לעבור התאמה למספר מטרות שזוהו, אמצעי נגד אלקטרוניים (ECM) ותנאי ערוצים.
אימות הפעולה והביצועים של מערכות מרובות פונקציות מעין אלה מצריך יכולת בדיקה שמידת גמישותה זהה לזו של המערכת הנבדקת או עולה עליה. דור מכשירי הבדיקה החדיש ביותר כולל יכולות פנימיות של עיבוד אותות, אשר מיועדות לשפר את ניתוח הנתונים. עם טכניקות הפחתת נתונים מבוססות FPGA כגון (digital down conversion), רצפת הרעש של המדידה מופחתת תוך שמירה על גודל הזיכרון ללכידת האותות. בצד ייצור האותות, טכניקת ה- (digital up conversion) הקיימת בהתקני ה-AWG המודרניים מעניקה למשתמש גמישות רבה יותר בכל הנוגע ליצירה של תרחישי אותות ארוכים וייחודיים, אשר מדמים סביבות מבצעיות רבות.
התנאים הכלכליים הקיימים כיום בתעשיות הביטחוניות טלטלו את דרכי החשיבה המסורתיות. לאור מגמת הירידה בתקציבים, מתבררת חשיבותה של גישה יצירתית שתאפשר לתת מענה לדרישות המשימה, להתעדכן במגמות הטכנולוגיות ולמצוא דרכים שיאפשרו להפחית את עלויות הבדיקה. אף על פי שענף הבדיקה והמדידה מתמודד באופן אגרסיבי עם סדרי עדיפויות אלה, לא ניתן להתעלם מן התפקיד החשוב השמור לביצועים איכותיים וליכולות נרחבות של ציוד המדידה בכל הנוגע לאימות ולאפיון של מערכות צבאיות.
