סריקה קונית

סריקה קונית או סריקה חרוטית (באנגלית: Conical Scanning) היא שיטה שנעשה בה שימוש במערכות מכ"ם מוקדמות כדי לשפר את דיוק גילוי הכיוון של המטרה, ביחס לשיטות סריקה פשוטות יותר. ב"סריקה חרוטית" אלומת השידור מסתובבת שוב ושוב בצורה חרוטית סביב "ציר המבט" של אנטנת השידור (ומכאן שמה). גילוי של החזר חזק יותר מהמטרה, כאשר האלומה מכוונת רגעית בזווית מסוימת במהלך סיבובה, מרמז כי יש להטות את "ציר המבט" של אנטנת השידור לכיוון זווית זו. במצב אידיאלי, כאשר "ציר המבט" של האנטנה פונה במדויק אל המטרה, יתקבל החזר חזק, יציב ושווה במהלך כל מחזור סיבוב האלומה. הרעיון בבסיס הסריקה החרוטית דומה לרעיון בבסיס השיטה המוקדמת יותר של Lobe switching, בה נעשה שימוש במערכי מכ"ם מוקדמים יותר. סריקה חרוטית היא ההרחבה הדו-ממדית לשיטה זו ועושה שימוש באונת שידור אחת, במקום שתיים. דוגמאות רבות של מערכי lobe switching עברו התאמה לסריקה קונית במהלך מלחמת העולם השנייה, כמו מכ"ם ה-Wurzburg הגרמני לדוגמה. באמצעות בקרה מתאימה, הנחיית האנטנה יכולה להיעשות אוטומטית לחלוטין, אך מצבי כישלון פוטנציאליים של המערך וחוסר חסינות בפני שיבוש והטעייה הובילו בסופו של דבר להחלפה של מערכות סריקה קונית במערכי מכ"ם מונופולסי (Monopulse Radar). למרות היותה שיטה מוקדמת ופשוטה יחסית ולמרות שכיום קיימות שיטות יעילות ומדויקות יותר, עדיין נעשה כיום שימוש בסריקה חרוטית בידי רשת חלל עמוק לתחזוקת קשרי תקשורת לגשושיות. הגשושיות המיוצבות-ספין פיוניר 10 ופיוניר 11 השתמשו בסריקה קונית לצורך תמרונים לעקיבה אחר כדור הארץ במסלולו. לאנטנת מכ"ם טיפוסית יש רוחב אלומה של כמה מעלות. בעוד רוחב זה מתאים לגילוי המטרה ולקביעת המרחק והכיוון הכללי אליה, הוא אינו מדויק מספיק לצורך הנחית אש, אשר דורשת דיוק מסדר גודל של 0.1 מעלות. ככלל, ניתן לשפר (להקטין) את רוחב האלומה באמצעות שימוש באנטנות גדולות יותר, אך פתרון זה מחייב מערכי שידור וקליטה גדולים ומורכבים יותר, המצריכים הספקים גדולים יותר ומערכות נושאות מורכבות יותר החשופות יותר לתקלות ולאי-דיוק מכני. לכן, לעיתים קרובות, פתרון זה אינו מעשי או אינו יעיל ובמקומו נעשה שימוש בשיטות סריקה חכמות, כדי להשיג שיפור בדיוק גילוי הכיוון אל המטרה. כדי לנטר את כיוונה של המטרה ביחס לאנטנה, יש לסובב את האנטנה כך ש"ציר המבט" שלה יצביע ישירות על המטרה כל הזמן. במצב זה, כיוון ההצבעה של האנטנה נותן את הכיוון בו נמצאת המטרה ביחס אליה. כדי שמערכת המכ"ם תעקוב באופן אוטומטי אחרי המטרה, הכרחי שהמערכת תהיה בעלת מערכת בקרה ששומרת על אלומת האנטנה מצביעה על המטרה בעודה נעה. מקלט המכ"ם יקלוט אות בעוצמה מקסימלית כאשר המטרה נמצאת במרכז האלומה, כך שאם האלומה מצביע בתחילה ישירות על המטרה, כאשר המטרה תזוז החוצה ממרכז האלומה עוצמת האות המתקבל תצנח. מעגלים חשמליים שתפקידם לבקר אחרי כל ירידה בעוצמת האות המתקבל ניתנים לפיכך לשימוש כדי להנחות את האנטנה כך שתעקוב אחרי תנועת המטרה. ישנן שלוש בעיות עם השיטה הזאת: 1. למכ"ם לא יהיה מידע לאיזה כיוון המטרה זזה, ולפיכך לא תהיה לו אינדיקציה לאיזה כיוון להניע את האנטנה כדי לעקוב אחרי המטרה. 2. כשהמטרה זזה החוצה ממרכז האלומה, הספק האות המתקבל משתנה רק לאט מאוד בתחילה. לפיכך המערכת לא רגישה לשגיאות בכיוון ההצבעה של האנטנה. 3. שינויים בעוצמת ההד מהמטרה (echo) שנגרמים על ידי נצנוץ (שינוי השח"ם) יכולים להתפרש בטעות כתנועה של המטרה. סריקה קונית מתמודדת עם הבעיות המתוארות לעיל, באמצעות הסטת האלומה במקצת מקו האמצע של האנטנה, ולאחר מכן סיבוב האלומה מסביב לציר המרכזי של האנטנה. ניקח לדוגמה אנטנה שמייצרת אלומה ברוחב של 2 מעלות - ערך טיפוסי מאוד - מכ"ם סריקה קונית עשוי להזיז אותה 1.5 מעלות לצד אחד של קו המרכז באמצעות הסטה של זן האנטנה במקצת. התבנית הנוצרת, בכל רגע נתון בזמן, מכסה את קו המרכז של האנטנה ברדיוס של 0.5 מעלה, וב-1.5 מעלות בכיוון השני. באמצעות סיבוב זן האנטנה על ידי מנוע, התבנית נהפכת לחרוט שצירו הוא ציר האנטנה, ושמשתרע 3 מעלות מצד לצד בדוגמה שלנו. קונספט המפתח הוא שמטרה שממוקמת על ציר האנטנה תיצור החזר קבוע ללא תלות בכיוון הצבעת האלומה, בעוד אם המטרה נוטה לצד מסוים ביחס לציר האנטנה אז היא תיצור החזר חזק כאשר אלומת המכ"ם מצביעה בכיוון הכללי שלה והחזר חלש כאשר היא מצביעה הרחק. בנוסף לכך חלק האלומה שמכסה את ציר האנטנה הוא קרוב לשפת האלומה, היכן שעוצמת האלומה יורדת במהירות. מטוס שממוקם על שפת האלומה מצוי לפיכך בתחום שבו אפילו תנועות קטנות ביותר יפיקו שינוי בר הבחנה בהחזר, שגדל מהר הרבה יותר בכיוון שהאנטנה צריכה לנוע. מערכת הבקרה של האנטנה מתוכננת כך שתניע את האנטנה באזימוט ובהגבהה כך שכל הזמן יופק החזר קבוע מהמטוס הנעקב. בשיטת הסריקה הקונית תנועות זעירות הרבה יותר ניתנות לגילוי, ודיוק של מתחת ל-0.1 מעלות נעשה אפשרי. Lobe switching