אימות מדויק של ביצועי מערכות מכ”ם בשטח באמצעות FieldFox

מערכות מכ”ם נמצאות בשימוש במגוון יישומים, החל מאכיפת חוקי תנועה ועד לחיזוי מזג האוויר. כמה מאלה הן מערכות קריטיות למשימה, כשהמשמעות היא שכל תקלה או כשל עלולים לסכן חיים. כדי להבטיח תוצאות נאותות ושיפור זמן הפעולה התקינה של המערכת, נדרשים תחזוקה שגרתית ומעת לעת גם פתרון בעיות ותיקונים. כל אלה צריכים להתבצע במהירות, במדויק ובצורה אחראית – ולעתים גם בתנאים סביבתיים קשים.

במערכות מכ”ם התהליך הזה אינו פשוט, ומכיוון שמערכות משימה קריטיות נוטות להיות מורכבות ביותר, נדרשים כלים בסדר גודל של שולחן מעבדה; על אחת כמה וכמה, ביצוע מדידות מדויקות בשטח באמצעות ציוד מעבדתי גדול וכבד אינו משימה קלה כלל. למרבה המזל, הטכנולוגיות פורצות הדרך שזמינות בנתחים משולבים ניידים כגון ה-FieldFox של Keysight, מספקים למפעילי המערכת דרך חדשה לביצוע בדיקות במערכות מכ”ם קריטיות בשטח. נתחים אלה מצוידים באופן המאפשר טיפול בתחזוקה שגרתית, פתרון בעיות יסודי וכל מה שביניהם. בנוסף, ה-FieldFox מספק מדידות מדויקות עד ל-50GHz, כמעט בכל מקום שאליו נדרשים להגיע עובדי התחזוקה.

תחזוקה ופתרון בעיות במערכות מכ”ם
מערכות המכ”ם מסווגות למספר קטגוריות, כגון מטאורולוגיה, בקרת תעבורה אווירית אזרחית וכן הגנה אווירית צבאית. דוגמה מרכזית של מערכת קריטית למשימה אשר נמצאת בשימוש נרחב היא בקרת התעבורה האווירית המסחרית. מערכות אלה משדרות וקולטות צורות גל – גל רציף לא מאופנן מבוסס פולסים (CW) וכן FM-CW – אשר עם עיבודן מספקות מידע חשוב בנוגע לטווח המטרה, גודלה וצורתה; מהירותה ומסלולה; זווית האזימוט וזווית ההגבהה; וכן זיהוי כלי הטיס. בעת אפיון ופתרון בעיות במערכות ורכיבי מכ”ם שנמצאים בשטח, לעתים קרובות יש צורך במדידת ביצועי time-domain ו-frequency-domain לרוחב מגוון תנאי בדיקה. לאור מורכבות המערכות הקיימות, המפעילים אף נדרשים לתאם ולהשוות בין צורות גל בשני התחומים. ייתכן שאף יידרשו לבדוק ולכוונן את הבלוקים הפונקציונאליים השונים של היחידות הניתנות להחלפה על הקו (line-replaceable units) במערכת המכ”ם. באופן מסורתי, בדיקות כאלה בוצעו תוך שימוש בכמה וכמה מכשירים משולחן המעבדה. הדבר נכון במיוחד ברמת ה-LRU, אשר מצריכה לעתים מזומנות ערכה של מדידות בסיסיות ב-time-domain וב-frequency-domain (לדוגמה, אמפליטודה ופאזה מוחלטות ויחסיות) וכן שילובים שונים של מדידות אלה.
כיסוי כלל המדידות הנדרשות מחייב לעתים קרובות שימוש בשלושה או ארבעה מכשירים נפרדים. לדוגמה, מד הספק שיא (Peak power analyzer) משמש למדידת האמפליטודה המוחלטת של המשדר כפונקציה של זמן, אולם יש צורך בנתח ספקטרום כדי למדוד את האמפליטודה המוחלטת כפונקציה של תדר. בעת ביצוע מדידות יחסיות, מד הספק השיא יכול לשמש למדידת הזמן והאמפליטודה היחסיים של צורת הגל, אולם יש צורך בנתח רשת וקטורי (Vector network analyzer – ) או במד וולטים וקטורי לצורך מדידת אמפליטודה ופאזה כפונקציה של תדר.

תמונה 1 מציגה את המכשירים שבהם נעשה בדרך כלל שימוש במהלך העשורים האחרונים לצורך בדיקות בשטח של מערכות מכ”ם המיועדות לתעופה אזרחית. כיוון שרוב הציוד המעבדתי מיועד לשימוש בתוך מבנים, אתר הבדיקה צריך להיות מצויד בהגנה מספקת מפני פגעי מזג האוויר, על מנת להבטיח פעולה בטוחה ומדויקת. גישה מסורתית זו מלווה במספר בעיות. ראשית, רמת הדיוק של המכשירים המעבדתיים מוגדרת בדרך כלל על-ידי היצרן רק כאשר הם מופעלים בטמפרטורה קבועה (לדוגמה, 23±5 מעלות צלסיוס). בשטח הבדיקה עשויה להתבצע על פני מגוון רחב של תנאים סביבתיים ולכן לגרום לחוסר ודאות של הנתונים הנמדדים. שנית, המפעילים משתמשים לעתים קרובות בציוד מעבדה ישן יותר, אשר הופך בעייתי לתחזוקה ולתיקון מעבר למחזור חיי התמיכה. המעבר למכשירים חדשים יותר הינו כדאי במונחים של הפחתת עלות הבדיקה הכוללת, כיוון שרבים ממכשירים אלה מצוידים באחריות בת שלוש שנים ובעלויות תחזוקה כוללות נמוכות יותר. בנוסף, מכשירים חדשים מספקים בדרך כלל ביצועים איכותיים יותר, דיוק מוגבר ופונקציות ספציפיות ליישום. עם זאת, החלפת מכשירים אינה הפתרון המיטבי עבור יישומי מכ”ם.

נתח הכל כלול
כיום, הנתחים המשולבים או נתחי “הכול כלול” מספקים יכולות של מכשירים מרובים ומהווים את הפתרון הנוח והחסכוני ביותר לבדיקה של מערכות מכ”ם. המפתח להבטחת תוצאות מוצלחות ומדויקות טמון, כמובן, בבחירת המכשיר המתאים. הנתחים המשולבים מסדרת FieldFox מספקים את כל יכולות המדידה של ארבעת המכשירים המתוארים באיור 1 לעיל. עם הוספתו של חיישן ההספק, FieldFox מספק פתרון שאותו ניתן לשאת בקלות לאתר הבדיקה, לצורך מדידת ביצועי הזמן והתדר של מערכת המכ”ם (תמונה 2). לדוגמה, הנתח המשולב FieldFox מצויד בפונקציונאליות הדרושה לצורך בדיקה של רמת ה-LRU. המדידות הנתמכות כוללות יכולת מלאה של ניתוח פולסים עד ל-40GHz, בתוספת חיישן peak power ומדידות תזמון יחסיות של הפולסים הראשיים והמשניים של המשדר. נתחי FieldFox אף תומכים ביישור פאזה של STALO דרך מצב המד וולט הווקטורי.

סדרת ה-FieldFox של Keysight, מספקת למפעילי המערכת דרך חדשה לביצוע בדיקות קריטיות בשטח

שימוש בטכנולוגיה המוכנה לשטח
הנתחים המשולבים של FieldFox מיועדים במיוחד לבדיקות שטח ומספקים חיי סוללה של 3.5 שעות, משקל של 3 ק”ג ו-GPS מובנה. המארז המוקשח אטום לחלוטין ונטול מאווררים או פתחי אוורור ותואם לדרישות תקן US MIL-PRF-28800F Class 2 r. בנוסף, המוצר עבר בדיקות ונמצא כי הוא עומד בדרישות תקן MIL-STD-810G Method 511.5, Procedure 1 (פעולה בסביבות נפיצות). FieldFox נמצא תואם לדרישות תקן IEC/EN 60529 IP53 בנוגע להגנה מפני אבק ומים, אשר מבטיחות את עמידות המכשיר גם בסביבות התובעניות ביותר. נתחי FieldFox אף תומכים בהפעלה מרחוק דרך יישום שפועל על מגוון התקני Apple iOS. יכולת זו מתאימה במיוחד לסביבות שבהן קשה לשלוט ולצפות בנתח בו-זמנית עם הפעלת חלקים ממערכת המכ”ם. מכשירים מעבדתיים מקבילים מותאמים לפעולה בטמפרטורה מוגדרת ומצריכים זמני התחממות ממושכים. לעומתם, ה-FieldFox כולל פונקציית התאמה פנימית אוטומטית במצב נתח הספקטרום שלו, אשר מפצה על שינויי טמפרטורה לאורך הטווח שבין -10° ל- +55°C. בזכות תכונת InstAlign, הנתח מוכן לביצוע מדידות ספקטרום מדויקות במיוחד כבר בעת הפעלתו וגם במקרה של שינויי טמפרטורה לאורך הטווח הנקוב.
לא פחות חשובה היא העובדה, שמדידות ה-time-domain וה-frequency-domain של FieldFox הוכחו כמתאימות לנתונים שנמדדו במעבדת הפיתוח באמצעות מכשירים שולחנים וגם בעת התקנת המערכת (איורים 3 ו-4). נתח FieldFox משיג תוצאות S-parameter אשר רחוקות מתוצאות ה-VNA האיכותי בעולם במאיות dB ספורות ומתוצאות נתח הספקטרום הטוב בעולם בעשיריות dB בלבד. רמת התאמה זו מגבירה את הביטחון בתוצאות הנמדדות ואף מפחיתה את הסיכוי לאישור יחידות LRU פגומות ופסילת יחידות תקינות.

הפחתת עלויות התחזוקה
אחד היתרונות העיקריים של השימוש בטכנולוגיה מודרנית שמוכנה לשטח הוא ההפחתה בהוצאת ההון ובעלויות התפעול הכוללות. לדוגמה, נתח משולב יחיד מסדרת FieldFox יכול להחליף את כל ארבעת מכשירי ה-RF המשמשים באופן מסורתי לבדיקות של מכ”מים אזרחיים בשטח, ולרוב עלותו מסתכמת בשליש העלות של מכשיר מעבדתי יחיד. יתר על כן, הוא מצריך כיול אחד בשנה בלבד וכך מפחית את העלויות השנתיות בשיעור של עד פי חמישה בהשוואה לגישה המסורתית, אשר מצריכה ארבעה כיולים לשנה בתוספת כיולים של מכשירי גיבוי. נתחי FieldFox מתאפיינים בשיעור הכשל הנמוך ביותר מבין כל מכשירי המיקרוגל או הגמ”מ המורכבים של החברה Keysight. למעשה, נתחי FieldFox מספקים את האמינות הגבוהה ביותר מבין כל מכשירי ה-RF, המיקרוגל והגמ”מ המורכבים, והדבר מפחית את עלות הבדיקה הכוללת בשיעור של 50% לפחות לעומת מכשירים מעבדתיים מקבילים. גם האחריות הסטנדרטית בת שלוש השנים מפחיתה את עלות התיקונים הכוללת. כיוון שנתחי FieldFox אינם מיושנים ורחוקים מאוד מסוף חיי התמיכה שלהם, אין כל צורך להחזיק בחלקי חילוף או מכשירי גיבוי, אשר תורמים בצורה משמעותית לעלות הבדיקה הכוללת.

סיכום
באופן מסורתי, התחזוקה של מערכות מכ”ם מורכבות וקריטיות למשימה הצריכה שימוש בציוד מעבדה; רק כך ניתן היה להבטיח מדידות מדויקות והדירות של המכ”ם.
בזכות הדיוק והפונקציונליות של הנתחים המשולבים מסדרת FieldFox, העובדים האחראים על תחזוקת המכ”ם נהנים כעת מדרך קלה וחסכונית יותר לביצוע אימות ביצועים מדויק, תחזוקה ותיקונים. דרך זו מפחיתה באופן דרמטי את עלות הבדיקה ואף מאריכה את זמן הפעולה התקינה של מערכות קריטיות למשימה.