ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΟΥ Ε.Μ.Π. Π. ΚΩΤΤΗ Το παρόν βιβλίο αποσκοπεί στο να καλύψει βιβλιογραφικά τα σημαντικά τεχνολογικά αντικείμενα των Ραντάρ και του Ηλεκτρονικού Πολέμου και έχει βασισθεί στη μακρόχρονη σχετική εμπειρία του συγγραφέα Δρ. Θεόδωρου Κωστή. Απευθύνεται (i) σε σπουδαστές των Παραγωγικών Σχολών των Ενόπλων Δυνάμεων για τους οποίους μπορεί να λειτουργήσει ως σημαντικό διδακτικό βοήθημα , (ii) σε φοιτητές Σχολών Μηχανικών με τις ειδικότητες είτε Τηλεπικοινωνιών είτε Ηλεκτρονικής για τους οποίους αποτελεί ευκαιρία για ενημέρωση ή και εμβάθυνση στα σχετικά αντικείμενα και (iii) σε Αξιωματικούς των Ενόπλων Δυνάμεων και Μηχανικούς που απασχολούνται στην Πολιτική Αεροπορία για τους οποίους μπορεί να χρησιμεύσει ως εγχειρίδιο συμπληρωματικών γνώσεων και εμβάθυνσης. Η συνδυαστική προσέγγιση του διττού αντικειμένου του βιβλίου από το συγγραφέα πραγματοποιείται με ορθή κατανομή του περιεχομένου, η οποία εκκινεί με την πλήρη ανάπτυξη του επιστημονικού υποβάθρου των αντικειμένων, συνεχίζεται με ευρεία αναφορά στα τεχνικά χαρακτηριστικά των συστημάτων Ραντάρ και ολοκληρώνεται με την παρουσίαση σύγχρονων συστημάτων Ραντάρ και, κυρίως, Ηλεκτρονικού Πολέμου. Δεδομένου του κατά κύριο λόγο εκπαιδευτικού προσανατολισμού του βιβλίου, το διττό αντικείμενο καλύπτεται πλήρως, τόσο ως προς το αναγκαίο επιστημονικό βάθος όσο και ως προς το εύρος των σχετικών εφαρμογών και συστημάτων. Προσφέρει με κατανοητό και πλήρη τρόπο την ουσιαστική γνώση των επιστημονικών αρχών που αξιοποιούνται για τη σχεδίαση και υλοποίηση των συστημάτων Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου καθώς και ευρεία ενημέρωση επί των μέχρι τώρα σχετικών τεχνολογικών εξελίξεων. Σημαντικό θετικό χαρακτηριστικό του βιβλίου αποτελεί ο εμπλουτισμός του με ασκήσεις, παραδείγματα και εφαρμογές που συμβάλλουν στην ταχύτερη κατανόηση των βασικών εννοιών αλλά και την ευκολότερη μετάβαση από τη θεωρία στην πράξη. Με βάση το βάθος, το εύρος αλλά και την ορθή κλιμάκωση και τον αποτελεσματικό τρόπο παρουσίασης που χαρακτηρίζουν την κάλυψη του διττού αντικειμένου των Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου, πιστεύω ότι το παρόν βιβλίο μπορεί να αποτελέσει σημαντικό διδακτικό βοήθημα για τους σπουδαστές των Παραγωγικών Σχολών των Ενόπλων Δυνάμεων προς τους οποίους κυρίως απευθύνεται.
vii
Επίσης, μπορεί να παράσχει την ευκαιρία σε Τηλεπικοινωνιακούς και Ηλεκτρονικούς Μηχανικούς να γνωρίσουν και ενδεχομένως εμβαθύνουν σε ένα πολύ ενδιαφέροντα τομέα του ευρύτερου αντικειμένου τους αλλά και να λειτουργήσει ως συμπλήρωμα γνώσεων για Αξιωματικούς των Ενόπλων Δυνάμεων και επαγγελματίες της Πολιτικής Αεροπορίας.
Καθ. Παναγιώτης Κωττής Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
viii
ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΤΟΥ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ Αγαπητέ αναγνώστη, πιστεύω ότι ένας εκπαιδευτής είναι μια χρονομηχανή. Ένας εκπαιδευόμενος χρησιμοποιεί τις γνώσεις του εκπαιδευτή για να προχωρήσει πολύ πιο γρήγορα από ότι είχε προχωρήσει ο εκπαιδευτής στην δική του κατανόηση. Για μένα ο καλύτερος τρόπος προόδου είναι η απάντηση κομβικών ερωτήσεων με έμφαση στην κατανόηση του εκπαιδευόμενου και την χρησιμοποίηση χαρακτηριστικών παραδειγμάτων. Η περιεχόμενη ύλη είναι στοχευόμενη στην κάλυψη των προδιαγραφών για την διδασκαλία των μαθημάτων Ραντάρ Ι και Ραντάρ ΙΙ στην Σχολή Ικάρων και των μαθημάτων για ελεγκτές αεράμυνας στην Σχολή Μονίμων Υπαξιωματικών της Πολεμικής Αεροπορίας (ΣΜΥΑ-ΣΤΥΑ). Βέβαια το βιβλίο γενικότερα απευθύνεται σε εκπαιδευόμενους των στρατιωτικών σχολών και φοιτητές πανεπιστημιακών & πολυτεχνικών σχολών και φιλοδοξεί να προσφέρει ένα τεχνικό εγχειρίδιο για τους επαγγελματίες του κλάδου των συστημάτων ραντάρ.
Τι είναι αυτό το βιβλίο; Αυτό το βιβλίο αφορά την επεξήγηση των συστημάτων ραντάρ μαζί με το σχετικό πεδίο του Ηλεκτρονικού Πόλεμου (Electronic Warfare), δηλαδή είναι ένα εγχειρίδιο διδασκαλίας και υπενθύμισης της βασικής θεματολογίας. Η κύρια προσπάθεια είναι η επεξεργασία της πολύπλοκης και πλούσιας σε ύλη τεχνολογίας των συστημάτων ραντάρ και ηλεκτρονικού πολέμου σε έντεκα εύκολα στην κατανόηση κεφάλαια. Προς επίρρωση της ευκολότερης κατανόησης του περιεχομένου του βιβλίου παρέχονται αντίστοιχες μαθηματικές ασκήσεις. Επιπροσθέτως υπάρχει παρουσίαση και σχολιασμός πραγματικών συστημάτων, όπως οι αντιπλοϊκοί πύραυλοι, που θεωρούνται μεγάλης σημασίας για την Πολεμική Αεροπορία.
Πώς είναι η διάρθρωση της ύλης; Το κεφάλαιο 1 διαπραγματεύεται βασικές έννοιες από τον κόσμο των συστημάτων ραντάρ, όπως τον ηλεκτρομαγνητισμό, την θεωρία πιθανοτήτων και έννοιες της στρατηγικής και τακτικής που έχουν μεγάλη σημασία για μια μοντέρνα αεράμυνα. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται αναλυτικά η εξίσωση τηλεπικοινωνιών. ix
Στο κεφάλαιο 3 από την εξίσωση τηλεπικοινωνιών εξάγονται οι υπόλοιπες εξισώσεις, όπως η εξίσωση ραντάρ, η εξίσωση κλάτερ και οι εξισώσεις του ηλεκτρονικού πολέμου. Όλες οι εξισώσεις είναι συγκεντρωμένες σε αυτό το κεφάλαιο για ευκολία στην κατανόηση. Στο κεφάλαιο 4 υπάρχει η ανάλυση των κυριότερων συστημάτων που χρησιμοποιούνται για την εκπομπή ραδιοκυμάτων με έμφαση στα μικροκύματα για συστήματα ραντάρ. Στο κεφάλαιο 5 υπάρχει η ανάλυση των βασικότερων τύπων κεραιών για συστήματα ραντάρ, συστήματα ραδιογωνιομέτρησης και παρακολούθησης φάσματος. Στο κεφάλαιο 6 υπάρχει η ανάλυση της έννοιας της ενεργούς διατομής στόχου. Στο κεφάλαιο 7 υπάρχει η ανάλυση των κυριότερων μέσων διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με έμφαση στην διάδοση που επηρεάζει τα συστήματα ραντάρ. Στο κεφάλαιο 8 υπάρχει η ανάλυση της λήψης και ανίχνευσης στόχων μαζί με αναλυτικές επεξηγήσεις για τον υπερετερόδυνο δέκτη και τον τρόπο ιχνηλάτησης στόχων. Στο κεφάλαιο 9 υπάρχει η επεξήγηση των παλμικών, παλμικών ντόπλερ και ραντάρ συνεχούς κύματος. Στο κεφάλαιο 10 υπάρχει η ανάλυση της ανίχνευσης στόχων μέσα από το κλάτερ με το Moving Target Indicator και η επεξήγηση των συστημάτων ραντάρ υψηλής ευκρίνειας SAR και ISAR. Τελικά στο κεφάλαιο 11 υπάρχει μια μονογραφία για το πεδίο του Ηλεκτρονικού Πόλεμου με ειδική αναφορά στα αντίμετρα (ECM) και αντι-αντίμετρα (ECCM) για τους αντιπλοϊκούς πυραύλους, θέμα που είναι πολύ σημαντικό για την Πολεμική Αεροπορία.
Τι είδους ασκήσεις συμπεριλαμβάνονται σε αυτό το βιβλίο; Το βιβλίο περιέχει αρκετές ασκήσεις με τις λύσεις τους σε όλα τα βασικά θέματα. Δηλαδή είναι προσανατολισμένο στην γρήγορη κατανόηση όρων που είναι αρκετά σύνθετοι και πολύπλοκοι μέσω μαθηματικών παραδειγμάτων που προσφέρουν μια αυξημένη συνοχή και μέσω αυτών των παραδειγμάτων συμβάλλει ως πολλαπλασιαστής ισχύος στην προσπάθεια της κατανόησης των εκπαιδευόμενων.
x
Πώς πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος ποιότητας προς την ευκρίνεια των νοημάτων και την ορθότητα της ύλης; Ο συγγραφέας έχει την κύρια ευθύνη για την ακρίβεια της ύλης, Επιπροσθέτως η ευκρίνεια και η ορθότητα ελέγχθηκε από μια επιλεγμένη ομάδα ειδικών στα συστήματα ραντάρ.
Για ποιο λόγο δημιουργήθηκε αυτό το βιβλίο; Τι καινοτομία αντιπροσωπεύει; Σίγουρα υπάρχουν πολλά ξενόγλωσσα βιβλία που καλύπτουν πλήρως το πεδίο των συστημάτων ραντάρ και του ηλεκτρονικού πόλεμου. Άλλωστε έχω πραγματοποιήσει technical review σε αρκετά από αυτά, ενδεικτικά στην σειρά των Principles of Modern Radar της SciTech (IEE imprint) με εκδότες τους Mark Richards, James Scheer & William Holm, στο Radar Principles for the Non-Specialist του Paul Hannen και στο Pulse Doppler Radar του Clive Alabaster. Η δική μου συνεισφορά με αυτό το βιβλίο είναι η επεξεργασία της τεράστιας ύλης των παραπάνω δύο αλληλένδετων αλλά μεγάλων σε ύλη και πολυπλοκότητα πεδίων των ραντάρ και του ηλεκτρονικού πολέμου σε μερικά άνετα στην ανάγνωση και εύκολα στην κατανόηση κεφάλαια στοχευόμενα για τους εκπαιδευόμενους στο μάθημα ραντάρ στην Σχολή Μόνιμων Υπαξιωματικών (ΣΜΥΑ-ΣΤΥΑ), στην Σχολή Ικάρων αλλά και για τα στελέχη της Πολεμικής Αεροπορίας. Με εκτίμηση, Θεόδωρος Γ. Κωστής Ηλεκτρολόγος Μηχανικός ΕΜΠ
xi
ΘΕΟΔΩΡΟΣ Γ. ΚΩΣΤΗΣ Ο Δρ Θεόδωρος Γ. Κωστής έχει πολύχρονη εκπαιδευτική εμπειρία στην ανώτερη τριτοβάθμια εκπαίδευση (Λέκτορας ΠΔ407/80) στα Στρατιωτικά Ηλεκτρονικά & Τηλεπικοινωνίες στην Στρατιωτική Σχολή Ευελπίδων, Ηλεκτροπτικά & Συστήματα Ραντάρ στην Στρατιωτική Σχολή Διαβιβάσεων, Ηλεκτρονικά, Ψηφιακά και Ηλεκτρικά Συστήματα στην Σχολή Τεχνικών Υπαξιωματικών Αεροπορίας & Συστήματα Ραντάρ στην Σχολή Ικάρων. Είναι εγγεγραμμένος στο Τεχνικό Επιμελητήριο της Ελλάδος (Διπλ. Ηλ. Μηχανικός & Μηχανικός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών). Έχει συμμετοχή ως ομιλητής σε επιστημονικά συνέδρια και έχει συγγράψει άρθρα σε έγκριτα επιστημονικά περιοδικά. Διατελεί στην επιστημονική επιτροπή αρκετών επιστημονικών συνεδρίων, εκδόσεων και βιβλίων. Η έρευνα του εστιάζεται στα συστήματα ραντάρ για τον στρατιωτικό τομέα.
Εκπαίδευση • Διδακτορικό στα Συστήματα Ραντάρ, στο γνωστικό αντικείμενο «Συστήματα Εξομοίωσης» με τίτλο ‘Οι εξομοιωτές ISAR ως λογισμικοριζόμενα συστήματα ηλεκτρονικών αντιμέτρων - Inverse Synthetic Aperture Radar Simulators as Softwaredefined Countermeasure Systems’, Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, (2010) • Πτυχίο Ηλεκτρολόγου Μηχανικού & Μηχανικού Ηλ. Υπολογιστών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, μέσω ΔΙΚΑΤΣΑ, (2004) • MSc Μικροκύματα & Oπτοηλεκτρονική, με υποτροφία από το EPSRC (Engineering & Physical Sciences Research Council), Department of Electrical & Electronic Engineering, University College London, Λονδίνο, Αγγλία (2001) • BEng (Hons) Τηλεπικοινωνίες & Δίκτυα Ηλ. Υπολογιστών, Department of Electrical, Computer & Communication Engineering, South Bank University, Λονδίνο, Αγγλία (2000) ΙΣΤΟΤΟΠΟΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΒΙΒΛΙΟΥ https://tkostis.wordpress.com
ΚΟΙΝΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑ https://twitter.com/tedkostis https://www.linkedin.com/in/tedkostis
xii
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΥΜΒΟΥΛΩΝ ΚΑΙ ΚΡΙΤΩΝ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ Επγος (ΤΕΑ) Γεώργιος Γιώτας Καθ. Κωνσταντίνος Γρίβας Δρ. Αναστάσιος Δεληγιάννης Ανθ/γος Σπυρίδων Δήμος Σγός Δημήτριος Διρδίρης Σμήναρχος (ΜΗ) Κωνσταντίνος Ζηκίδης Διονύσιος Καρατάσιος Αλέξανδρος Κασιδιάρης Σμηναγός Γεώργιος Καψάλης Υπσγός (ΜΗ) Γεώργιος Μάνης Υπ/γος ε.α Αλέξανδρος Μαργαρίτης Πέτρος Μαχαίρας Ιωάννης Νικήτας
Πολεμική Αεροπορία Στρατιωτική Σχολή Ευελπίδων Radar Expert Engineer, BMW Group Πολεμική Αεροπορία Πολεμική Αεροπορία Σχολή Ικάρων Αξιωματικός ΣΞ Στρατηγικός Σύμβουλος Πολεμική Αεροπορία Πολεμική Αεροπορία AWACS Senior Radar Technician Πολεμική Αεροπορία Αξκος Π.Α ε.α., RADAR & Sensors Specialist Διευθυντής Σύνταξης Defencereview.gr
Δημήτριος Μητσόπουλος
Αναλυτής Ναυτικών Συστημάτων & Εξοπλισμών Υπεύθυνος του http://navalanalyses.com Ανθστής (ΤΧ) Εμμανουήλ Μπίμπιζας Radar Technician - U.S. Army Ordnance Missile & Munitions Center & School Επ. Καθ. Παναγιώτης Παπακανέλλος Τμήμα Αεροπορικών Επιστημών, Σχολή Ικάρων Σγος (ΤΤΗ) Δημήτριος Ρίζου Radar Technician - Patriot Air Defence System Πολεμική Αεροπορία Ανθυποσμηναγός Ανδρέας Ρουσσιάς Κυπριακή Πολεμική Αεροπορία/Εθνική Φρουρά Ανθυποσμηναγός (ΜΗ) Χαράλαμπος Εθνική Φρουρά / Διοίκηση Αεροπορίας Χαννή
xiii
ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Βασικοί Ορισμοί ................................................................................................................................. 1 2 Εξίσωση Τηλεπικοινωνιών ...........................................................................................................69 3. Εξίσωση Ραντάρ ...............................................................................................................................83 4. Θέματα Εκπομπής ........................................................................................................................ 105 5. Κεραίες .............................................................................................................................................. 131 6. Ενεργός Διατομή Στόχου (RCS) .............................................................................................. 193 7. Διάδοση ............................................................................................................................................. 243 8. Θέματα Λήψης ................................................................................................................................ 275 9. Τύποι Ραντάρ: Παλμικό – Παλμικό Ντόπλερ – CW ........................................................ 383 10. Ειδικοί Τύποι Ραντάρ: SAR-ISAR......................................................................................... 447 11. Ηλεκτρονικός Πόλεμος ............................................................................................................ 505
xv