Det kræver en radar ud over det sædvanlige at fange en drone i flugten. Endnu sværere er det at detektere en drone, der holder sig svævende på samme sted, for den forsvinder hurtigt i baggrundsstøjen. Men et nyt radarsystem, der er udviklet af forskere fra DTU Space i samarbejde med den danske virksomhed Terma, kan klare begge dele og mere til.
Radaren har en høj opløsningsevne og et bredt synsfelt, og den kan spore mange droner samtidig. Droner er ellers svære at få øje på, for de kan være ganske små og komme fra alle retninger. Desuden er de ofte fremstillet af plastmaterialer, der ikke reflekterer radarbølger særlig godt.
”Der er et stort marked for at detektere droner, for eksempel i militære sammenhænge og i lufthavne,” fortæller professor Jørgen Dall fra DTU Space, som leder radarprojektet.
Han nævner også det hyr, de svenske myndigheder har haft med ulovlige droneflyvninger. Specielt i starten af 2022 blev der gentagne gange observeret droner over atomkraftværker, militære områder, lufthavne og kongelige slotte.
Blandt andet for at undgå ulykker i lufthavne, beskytte kritisk infrastruktur og bevare militære hemmeligheder er der mange steder, hvor droner ikke må flyve. Første skridt mod at bekæmpe ulovlig droneflyvning er at opdage, følge og gerne også klassificere dronen. Og her kan den nye radar hjælpe.
Mange antenner giver højere opløsning
Generelt fungerer en radar ved at udsende et mikrobølgesignal, som bliver reflekteret af et objekt, og så bliver ekkoet opfanget og sammenlignet med det udgående signal. Når man ved, at signalet bevæger sig med lysets hastighed, er det nemt at beregne afstanden til objektet. Man skal blot måle, hvor længe det har været undervejs.
I teorien er det nemt, men i virkelighedens verden er det straks sværere, især hvis man ikke blot vil kende afstanden til en genstand, men også dens præcise position i tre dimensioner samt dens hastighed. Men her udnytter forskerne fra DTU Space, at det er en stor fordel med en radar, hvor det ikke bare er én antenne, der bruges til at sende og modtage signaler, men i stedet 16 antenner i alt.
Princippet med at bruge flere antenner kaldes MIMO, der står for multiple-input multiple-output. Det kendes især fra trådløs kommunikation, hvor fordelen først og fremmest er at sikre en høj båndbredde. Uden MIMO-teknologi i de nyeste wifi-standarder og mobilnetværk (4G og 5G) var hastigheden for dataoverførsel til og fra den bærbare computer og mobiltelefonen noget lavere, end den er i dag. DTU-forskerne satte sig for at undersøge, om teknologien med mange antenner også kan bruges til at forbedre radarsystemer, og det viste sig at være tilfældet.
Virker uden at dreje rundt
”Med MIMO kan vi se i alle retninger samtidig inden for et ret stort vinkelrum, for eksempel 120 grader, og vi kan få en god horisontal vinkelopløsning på en relativ billig måde uden at rotere radaren,” fortæller Jørgen Dall og fortsætter:
”Vores radar har otte transmittere og otte modtagere. Hvis alle transmitterne sendte det samme signal samtidig, ville vi bare få én stor antenne, der sendte et signal i en bestemt retning, men i stedet sørger vi for, at transmitterne enten sender det samme signal forskudt eller sender forskellige signaler.”
”Hver af de otte signaler bliver opsamlet og adskilt fra hinanden af alle otte modtagere, og på den måde får vi 64 virtuelle kanaler i alt, selv om vi kun har 16 fysiske kanaler.”
Når en drone bliver ramt af et signal fra en transmitter, bliver signalet reflekteret tilbage til alle otte modtagere, og ud fra timingen af ekkoet kan afstanden og retningen til dronen beregnes. Men med otte transmittere og modtagere placeret på den helt rigtige måde i forhold til hinanden kan dronens position og hastighed bestemmes meget mere præcist.
Rækkevidden kan skrues i vejret
Hvis dronen er tæt på, bliver det endda muligt at identificere typen. Såkaldte mikro-doppler-signaturer, der skyldes rotorbladenes bevægelser, kan røbe hvilken slags drone, der er tale om.
Radarprojektet har kørt siden 2018 og har nu resulteret i en demonstrationsmodel, der tydeligt viser, at konceptet virker. Endnu en MIMO-radar er ved at blive bygget.
Rækkevidden på prototyperne er blot 100 meter, for en længere rækkevidde kræver en højere effekt, en sendetilladelse fra myndighederne samt nogle dyrere forstærkere. I første omgang handlede det blot om at vise, at teknologien kan bruges, og der kan sagtens skrues op for rækkevidden i senere udgaver.
Jørgen Dall understreger i øvrigt, at MIMO-radarer kan bruges til andet end at detektere små, flyvende objekter. Det primære formål med projektet er at forske i radarteknologien, og i den forbindelse var dronedetektion en passende anvendelse.
Projektet fortsætter med to ph.d.-studerende tilknyttet og en tredje på vej, og det er primært finansieret gennem en bevilling på 5,8 millioner kroner fra Thomas B. Thriges Fond. Hvis Terma vælger at fortsætte med teknologien til egentlig produktudvikling og kommercialisering af MIMO-radar, er det muligt at disse systemer vil bidrage til lufthavnssikring imod trusler fra jorden såvel som luften, som en kompetence udvidelse til Terma’s lufthavnsradarer verdenen over.
