lärobok i militärteknik, vol. 2:...

Lärobok i Militärteknik, vol. 2: Sensorteknik

Lärobok i Militärteknik, vol. 2Sensorteknik

Kristian Artman och Anders Westman

Lärobok i Militärteknik, vol. 2: SensorteknikFörfattare: Kristian Artman och Anders Westman

Lärobok i Militärteknik nr. 2

© Försvarshögskolan och författarna 2007Mångfaldigandet av innehållet i denna bok är enligt lagen om upphovsrätt förbjudet utan medgivande av Försvarshögskolan.

Bokens innehåll har granskats och godkänts av Militärvetenskapliga institutionens publikationsråd.

Serieredaktör: Stefan AxbergProjektledare: Per EliassonRedaktör: Kristian ArtmanGrafisk form och teknisk redigering: Elsa JohannessonTryck: Elanders, Vällingby 2007

Första upplagan, första tryckningen, juni 2007

ISSN 1654-4838ISBN 978-91-85401-73-4

För mer information om Försvarshögskolans publikationer, kontakta oss på telefon-nummer 08-553 42 500 eller besök vår hemsida www.fhs.se/publikationer.

Innehållsförteckning

Förord 9

1. Sensorteknik 111.1 Bakgrund 111.2 Inledning 121.3 Fysiskstimulering 131.4 Medium 141.5 Arbetssätt 141.6 Syfte 141.7 Kapacitet 151.8 Våglängd 161.9 Kontrast 161.10 Upptäcktkontrafalsklarm 18

2. Radar 192.1 Historia 202.2 Grunder 202.3 Funktionsprincip 22

2.3.1 Radarparametrar 222.3.2 Radaregenskaper 222.3.3 Antenner 292.3.4 Radarmålareaochsmygteknik 312.3.5 Radarhorisont 33

2.4 Specialfunktioner 342.4.1 Pulsdopplerochhastighetsmätning 342.4.2 Helikopterdetektering 352.4.3 Pulskompressionellerpulskod 35

2.5 Radartillämpningar 362.5.1 Spaningsradar 362.5.2 Följeradar 372.5.3 Millimetervågradar 422.5.4 Elektrisktstyrdgruppantenn(ESA,AESA) 432.5.5 Syntetiskaperturradar(SAR) 462.5.6 GMTI-radar 472.5.7 OTH-radar 49

2.5.8 CW-radar 492.5.9 Bi-ochmultistatiskradar 502.5.10 Radarzonrör 50

2.6 Utvecklingstrender 51

3. Elektrooptiskasensorer 533.1 Emission 543.2 Reflektion 563.3 Infrarödasensorer 56

3.3.1 MultispektralaochhyperspektralaIR-sensorer 593.4 Bildförstärkare 593.5 Mörkeranpassning 62

3.5.1 Anpassningavförarutrymmen förNVG-användning 64

3.6 JämförelseNVG–IR 643.7 Lågljus-TV 643.8 Aktivaelektrooptiskasensorer 663.9 Ultraviolettasensorer 663.10 Utvecklingstrender 663.11 Upplösningsbegreppet 673.12 Elektrooptiskasystemsprestanda 68

4. Akustiskaochseismiskasensorer 714.1 Akustiskasensorer 714.2 Seismiskasensorer 72

5. Kemiskasensorer 75

6. Laser 776.1 Inledning 776.2 Skyddmotlaser 786.3 Tillämpningar 79

6.3.1 Målinmätning 796.3.2 Laserradar 806.3.3 Optikspanare 806.3.4 Antisensorlaser 826.3.5 Laserzonrör 84

6.4 Utveckling 84

7. Hydroakustiskaochmarinaelektromagnetiskasensorer 877.1 Inledning 877.2 Sonarsystem 88

7.2.1 Passivasonarsystem 887.2.2 Aktivasonarsystem 897.2.3 Sändare 897.2.4 Signalbehandlingisonar 89

7.3 Utveckling 907.3.1 Bistatiskaochmultistatiskasonarsystem 907.3.2 Lågfrekventaktivsonar(LFAS) 917.3.3 Syntetiskapertursonar(SAS) 91

7.4 Elektromagnetiskvågutbredningihavet 927.5 Elektriskochmagnetisksignaturhosfartyg 927.6 Elektromagnetiskasensorer 937.7 Fältspänningssensorer 96

8. VMS(varnings-ochmotverkansssystem) 978.1 Inledning 978.2 VMSgrunder 98

8.2.1 Radarvarnare 998.2.2 Elektrooptiskavarnare 1018.2.3 Olikamotmedel 102

8.3 VMSLuft 1078.3.1 Inledning 1078.3.2 Riktningsbestämning 1098.3.3 Störning 110

8.4 VMSSjö 1128.4.1 Inledning 1128.4.2 VMSinomSjö 113

8.5 VMSMark 1158.5.1 Inledning 1158.5.2 Systemuppbyggnad 1158.5.3 MotverkanssystemiVMS 1178.5.4 Motverkanssystemförplattform 1178.5.5 Motverkaniförband 118

8.6 Sensorerförsignalspaning 1208.7 DataförsörjningVMS 121

9 Datafusion 127

Källförteckning 131

Ombokensförfattare 133

Serien”LärobokiMilitärteknik” 135

�

Förord

Vi lever ienföränderligvärlddärävenkrigetskaraktär förändras;desskon-sekvenserärdock likaohyggligasomtidigare.Hotenärnyaochoftadolda.Traditionellafronterförsvinner,nationalstaterärsedanlängeintedeendapar-ternavidkonflikter.Kunskapomochförståelseavdemilitäraarbetsredskapensfunktionochnyttjandeutgörenviktigframgångsfaktorfördagensochmor-gondagensofficer.Verktygenärtillheltövervägandedelavtekniskart.Dennanära koppling mellan teknik, taktik och operationer behöver betonas inomofficersutbildningen.DettaskergenomämnetMilitärteknik.Militärteknikärnämligendenvetenskapsombeskriverochförklararhurteknikeninverkarpåmilitär verksamhet på alla nivåer och hur officersprofessionen påverkar ochpåverkasavtekniken.Militärteknikenharsingrundifleraolikaämnenfrånskildadisciplinerochförenarsamhällsvetenskapensförståelseavdenmilitäraprofessionen med naturvetenskapens fundament och ingenjörsvetenskapenspåbyggnad och dynamik. Militärtekniken behandlar således tekniken i dessmilitärakontextochutifrånofficerensperspektiv.

Som följd avmilitärteknikens tvärvetenskaplighet studeras ochutvecklasämnetmedstödavbådenatur-,samhälls-ochingenjörsvetenskaper.Deme-todervilkatraditionellttillämpatsärfrämstkvantitativa.Matematik,statistik,tekniskaexperiment,modelleringochsimuleringärexempelpåsådanameto-der.Vidstudietavinteraktionenmellanteknikochtaktik,operationrespektivestrategikanävenkvalitativametoderbehövas.

Teknikenspåverkanfinnspåsåvälstridsteknisk,taktisk/operativsomstra-tegisknivå.Påverkanärmest tydligochmätbarpå lägrenivåer, t.ex.närettellerfleratekniskasystemavmotståndarensättsurspelgenomstörning,vilse-ledandeinformationetc.ochmangenomattanvändasigavenkombination

10


avtekniskochtaktiskkompetensgenomförerforderligtaktikanpassning.Medgodkunskapomverktygen,dvs.alltfrånvapenochplattformartillinforma-tions-ochledningssystem,samtprinciperförattbedrivastridpåolikanivåerkandenväpnadestridenförasframgångsriktpåallanivåer.Teknikenspåverkanökardockpåstrategisknivåochärdåoftaknutentillväsentligateknologiskautvecklingssteg.

FöreliggandeLärobok i Militärteknikäruppdeladifleradelar,avvilkaden-na är den andra. Skilda teknikområden redovisas i separata bokvolymer förattvidbehovsnabbtkunnareviderasutanatthelabokenfördendelenmåsteomarbetas.Likasåmöjliggördennastrukturattnyaochförofficersprofessio-nenviktigateknikområdensnabbtochenkeltkaningåilärobokengenomattadderanyavolymer.

Dennavolym,benämndSensorteknik,beskriverdevanligastförekommandesensorernaförmilitäratillämpningartillstödförvidaremilitärtekniskastudier.Inledningsvis behandlas sensorteknik generellt, varefter sensorerbaseradepåradarteknik,elektrooptik,akustik,kemiskteknik,laserteknikochhydroakus-tikbeskrivs.VolymenavslutasmedettavsnittomVMS-teknik.

Studietavteknikförmilitärasyftengernödvändigtekniskförståelseliksomkunskaper inom relevanta och aktuella teknikområden. Detta skapar förut-sättningarföratt förstå interaktionenmellanteknikochmilitärverksamhet.MilitärteknikenutgörnämligenlänkenmellandenrenateknikkunskapenochdesstillämpningarinomofficersprofessionenochjaghoppasattLärobok i Mi-litärteknikkommeratttillföradagensochmorgondagensofficerarekunskaperochintellektuellaredskaptillfrommaförsåvälkarriärsomförsvarsmakt.

Stockholm i februari 2007

Stefan Axberg, professor i Militärteknik

11

1. Sensorteknik

1.1 Bakgrund

Undersenaredelenav1900-taletvardetkallakrigetochhotetförettstorkrigmellanöstochvästdetsomstyrdedenmilitärtekniskautvecklingenideflestaländer.Idag(2007)ärriskenförettsådantkrig,föröverskådligframtid,betyd-ligtmindre.IställetärdetkonfliktermeravkaraktärenDavidmotGoliat,därGoliatrepresenterasavdenhögteknologiskapartenochDavidärdenlågtekno-logiskaparten(somintealltidkananseshakombattantstatus).Urettvästmakts-perspektivbordeenfiende,sombådeärmindretillantaletochavsevärtmycketsämreutrustadochorganiseradändetgamlakallakrigetstänktafiende,varaenrelativtlättmotståndare.Mennärviserpådenreellautvecklingenkanvikon-stateraattdetUSAochderasallieradeupplevtiIrakochAfghanistanärenalltannatänenlättuppgift.Dennaturligafråganärdå:Varförärdetså?Biterintedetgamlakallakrigetsvapenpåde,iflestafall,oskyddademotståndarna?

Problemet liggersnarare iattmålenväsentligtharändratkaraktär,vilketställernyakravpåsensorerochledningssystem.Målenunderkallakrigetvar(mycketgenerelltbetraktat)enstormängdstridsvagnarsomkomframryckan-degenomFuldagapet.Behovenochkravenavattidentifieramålenvarrelativtsmå–västmakternakundeiprincipbetraktaalltsomkomfrånöstochkördeivästligriktningsomfientligamål.

Idagärkravendetheltmotsatta.Målenärsmå,otydliga,hastigtuppdykandeochförsvinnande.Måletkanvaraencivilkläddpersonsomborblandcivilbe-folkningen,intebäruniformivårbemärkelseochdirekteftergenomförteldö-verfallgömmersittvapenochåtersmälterinblandcivilbefolkningen.Givetvisbitervapnenpådenne,menhuridentifierashan/honsomettmål,tillräckligtsnabbtförattbekämpadenneochingenannaninnanhan/honförsvinner?

12


Dettaställerheltandrakravpåvårasensorerochsensorsystemänvaddetkallakrigetgjorde.Givetvisställerdetandrakravävenpåbekämpnings-ochledningssystem.Dessaändradekravpåsensorernaåterspeglasidenpågåendemilitärtekniskautvecklingenmedt.ex. sensorer förupptäcktavprickskyttar,förbättradepersonligasensorer,sensorerförupptäcktavsåkalladeIED(Impro-vised Explosive Device –improviseradebomber),precisionsbombermm.

Omviåterkommertilldagenssensorerstillkortakommandennärdetgäl-lerförmågaattsnabbtidentifieramål,såfårdettastorataktiska,operativaochstrategiskaföljder.Denendasensorsomidagharnågorlundaförmågaattiden-tifieramålärdetmänskligaögatmeddenmänskligahjärnansförmågatillbild-behandling.Dettainnebärattmänniskanunderöverskådligframtidintegårattersättavidoperationerunderkomplexaförhållandensomt.ex.fredsfräm-jandeinsatser.Ibästafallkanmodernasensorer,eventuelltlänkadevianätverk,understödjamänniskansinformationsinhämtningochbeslutsfattning.

Underrättelserochinformationsyftartillattkontinuerligtupprätthållaengemensamlägesbildavpågående,bedömdochkommandeverksamhetsåattegetochöverordnatmåluppnås.Förattuppnådettaidagensstridssituationmedstoraytorochfåförbanddärkravenpåsnabbinhämtning,bearbetningochdelgivningavenstormängdinformationblirallthögre,krävsstödialltstörreutsträckning.Sensorerärenviktigdelidettaförattrealiseramilitärnyttameddeförbandvihar.Utvecklingeniomvärldenharmedförtattvihargåttfråndetstorskaligakallakrigettill internationella insatsersomärfredsframtvingandeellerfredsbevarandeochdärasymmetriskkrigföringäretttydligtinslag.Denasymmetriskakrigföringenmedförattfokusliggerpåkortaledtiderfrånupp-täckt–lokalisering–klassificering–identifieringtillbekämpningmedkravpånoggrannmål-ochlägesbeskrivning.Vidarekrävskontinuerligmålföljningunderhelabeslutsprocessen.Dettakräveriförlängningenenstorbreddiur-valavsensorerochsensorsystemförredundansoavsettväderförhållande.Denmilitäranyttanmedsensorerharaccentueratsiochmedomvärldsutvecklingendärkravpåprecisionochgraderadverkanblivitallt tydligare.Dentekniskautvecklingenmöjliggörattsensorernakanfyllasinviktigaplatsidenomvärldvileveri.Detärdärförviktigtattförståvilkamöjligheterochbegränsningarsensorerochsensorsystemharförattkunnagörarättbedömningomhurochnärdeskallanvändas.

1.2 Inledning

Sensorer är för vapen- och ledningssystem vad de fem sinnena är för män-niskan.Sensorernasuppgiftärattsamlaininformationförattanvändasomunderlagförbeslutomhandling.Utansensorerfinnsföljaktligeningetbesluts-underlagochdärigenomkaningabeslutfattas.Generelltkansägasattjubättre

13

Sensorteknik

informationmanhartillgångtill,destoklokareochbättreunderbyggdabeslutvilkaislutändangenererarettmeravvägthandlande.

Iallatiderharsensoreranväntsförattskaffaunderrättelserochriktainva-pensystem.Efterhandsomteknikutvecklingenmedgettochbehovenökatharsensorernafåttstörreochstörretäckning,räckviddochupplösningsamtävenkapacitetattverkaimörkerochdåligtväder.Precissommedvapenutveckling-ensåärdetdentänktahotbildensomstyrkravenpåsensorerochsensorsystem.Utvecklingengåridagfrånplattformstänkandemotnätverkstänkandeförattkunnahanteraenhotbildsomäriständigförändring.

Enviktigdelidetnätverksbaseradeförsvaret,såvälsomiförsvaretisinhel-het,ärsensorer.Dessaskallsvaraförinsamlandetavinformationtillnätverket.Idagärvanligtvisenspecifiksensorkoppladtillettvapensystem/plattformmedsyfteattförsevapensystemet/plattformenmedinformationförattdetskallnåoptimalverkan. Idetnätverksbaserade försvaret skall istället ett stortnätavsensorerförsenätverketmedinformation.Urnätverketkansedanvapensyste-men/plattformarnahämtadeninformationsombehövsföratterhållaoptimalverkan.

OrdetsensorbetyderenligtSAOL”enapparatinrättadattkännaavfysiskstimulering”.Sensorngersedanifrånsigensignalunderdennafysiskastimu-lering;oftaobearbetadrådatasomkrävermycketbehandlingellerbearbetninginnandenkan anses vara information ellerunderrättelser.Detfinnsmångatyperavsensorermedfullständigtolikaegenskaper.Detsombl.a.skiljerdemåtär:

• Vilken fysisk stimulering de känner av (t.ex. ljus, ljudtryck, radiovågor,lukt)

• Vilketmediumdearbetari(t.ex.luft,vatten,mark)

• Hurdearbetar(passivt,aktivt)

• Vilketsyftedehar(spaning,målsökning,identifiering)

1.3 Fysisk stimulering

Sensorn skall somnämnt reagera förnågon formav fysisk stimulering.Detvanligasteärattdenkänneravelektromagnetiskstrålninginågonvåglängd.Härkannämnasradar,IR-kameraellerögatsomnågraexempel.Ävensensorersomreagerarpåannanformavfysiskstimuleringfinns,t.ex.akustiskasensorersomreagerarpåljudtrycköverellerundervattnetochkemiskasensorersomreagerarpåkemiskasubstanser.

14


1.4 Medium

Medietmellanmålochsensorpåverkarsensornskonstruktionochfunktion.Faktorersomdämpning,strålbrytningochflervägsutbredningvarierarkraftigtmellanolikamedier.Dettainnebärbl.a.attvissamedierinteallslämparsigförvissatyperavsensorer.Enradart.ex.fungerarmycketdåligtiannatäniluftpga.avdenhögadämpningenimarkochvatten.

1.5 Arbetssätt

Enannangenerelluppdelningavsensorerkangörasgenomattstuderaderasarbetssätt.Ärsensornpassiv,dvs.sänderinteutnågonegensignal,ellerärdenaktiv,dvs.sänderutenegensignal?

• Passiva sensorerbestårenbartavenmottagaresomlyssnareftersignalersommåletsjälvskaparellerreflekterarfrånomgivningen(ljud,ljus,värme,mag-netiskaförändringaretc.).Exempelpåpassivasensorerärögat,IR-kamera,hydrofon.Passivasensorerklararejensammaattmätaavståndutanmåstekombinerasmedandrasensorerellersättassammanigrupper,såkalladekluster,förattklaraavståndsmätning.

• Aktiva sensorerbestårbådeavsändareochavmottagare.Sändarenskickarutensignalsomreflekterasavmåletochsommottagarensedandetekterar.Aktiva sensorer klarar ensamma attmäta avstånd tillmålet.Exempel påaktivasensorerärradarochsonar.

1.6 Syfte

Sensoreranvändsförolikasyften.Beroendepåomsensornäravseddförspaning, eldledning, navigering, varning, målsökningellerannanuppgiftkommerdenattvaraolikakonstrueradförattoptimeraresultatet.Generelltkansägasattdenper-fektasensorninteexisterar.Ingensensorkanbyggasförattensamtillgodogöraallaönskemål.Dekompromissersommåstegörasstårvanligenmellankravpå:

• Räckvidd

• Yttäckning

• Vinkelupplösning

• Avståndsupplösning

• Tidsupplösning(uppdateringshastighet)

• Röjningsrisk

15

Sensorteknik

Exempel:Enradaravseddförspaningbörkunnatäckaenstoryta.Förattkunnatäckaenstorytamåstevissaparametrarväljasföratttillgodosedetta.Dessa val innebär samtidigt att radarn får antingen sämre rumsupplösningoch/ellertidsupplösning.

Motbakgrundavdettakonstaterandestårdetklartattdetvoreenfördelattkunnakombineraenmängdolikasensorermedolikaegenskaperförattkunnafåinformationomettobjektsomtillgodoserdefemovannämndakraven.Omvipåettbrasättkanfusionerainformationenfrånallatillgängligasensoreriettnätverkkanalltsåinformationenhämtasdärifråniställetförsompådetvanligasättet,dvs.attinformationenskullehahämtatsfrånenenskildsensor.

1.7 Kapacitet

Ensensorkan,ikombinationmedannanlämpligutrustning,gemöjlighetenattistigandeordning:

• Detekteraettobjekt

• Lokaliseraettobjekt

• Klassificeraettobjekt

• Identifieraettobjekt

Oftaärdetupplösningensomsättergränsernaförvadsensorsystemetkla-rarav.Detkrävsexempelvisavsevärthögreupplösningföratt identifieraettobjektänattendastlokaliseradet.Ensensorharvanligtvisenfastvinkelupp-lösningvilketinnebärattdenfaktiskaupplösningenberorpåavståndet.Figur1visarhurensensormedfastvinkelupplösningpåenkilometersavståndharupplösningen3m;näravståndetdubblastill2kmdubblas,försämras,ocksåupplösningentill6m.

Figur 1. Fast vinkelupplösning. (Källa: FHS)

1 km2 km

3 m 6 m

16


Vissasensorerföljerdockinteovanståendemönsterutankanhaheltandraegenskaper.Till exempel har en akustisk sensor ensam (akustiska sensorer iklusterkanävenlokaliseraobjekt)mångagångersvårtattlokaliseraettobjekt,mengenomattjämförasensornsinsignalermedettljudbibliotekkansensornklaraavattklassificeraobjektetifråga.

1.8 Våglängd

Deflestasensorerkänneravnågonformavvågrörelseoavsettomdenärelek-tromagnetisk,seismiskellerakustisk.Generelltkansägasattjulängrevågläng-der(lägrefrekvens)somsensorernanyttjarsåinnebärdetföljande:

• Störreantennsystembehövs

• Räckviddenökar(bl.a.pga.lägredämpningimediet)

• Sämrevinkelupplösning

Figur2visarungefärligavåglängdsområden förolika systemsomnyttjarelektromagnetiskavågor.

1.9 Kontrast

Detsomavgöromvimedvårsensordetekterarettobjektellerinteberortillstordelpåvilkenkontrastobjektetharmotbakgrunden.Ensvartpricksynsmyckettydligtpåenvityta.PåsammasättsynsettvarmtobjekttydligtmotenkallbakgrundmedenIR-kamera.Ettvälkamoufleratobjektharlitenkontrastmot bakgrunden, dvs. det har samma färg, temperatur eller annan signatursombakgrunden.

Ettsmyganpassat(stealth)fartygellerflygplanärocksåanpassatföratthaminimalkontrastmotbakgrundenochdärigenomintesynasavsensorer.Ifi-gur3kanvisetreexempeldärmanförsöktminskaplattformenskontrastmotbakgrunden.Pådenvänstrabildenharsoldaternamedhjälpavmaskeringsnätminskatdenoptiskakontrastenmotsnön.Idenmitterstaochhögrabildenharkonstruktörenmedmeravancerad(ochavsevärtdyrare)teknikförsöktattminskaplattformenskontrastmotbakgrundeninomettstortantalvåglängds-områden.Formenpåenplattformärocksåviktigförattreducerariskenförupptäckt.Denhögrabildenärettbraexempelpåhurutformningenprimärtärinriktadmotattreflekterabortradarstrålningförattpåsåsättskapaenlitenradarmålarea.

17

Sensorteknik

Figur 2. Våglängdsområden för olika system som nyttjar elektromagnetisk strålning. (Källa: FM)

1

Figur 3. Exempel på olika sätt att minska föremålets kontrast mot bakgrunden. (Källa: FBB)

18


1.10 Upptäckt kontra falsklarm

Gemensamtförallatyperavsensorer,passivasåvälsomaktiva,ärattdetkrävsenavvägningmellansannolikhetenförupptäcktochriskenförfalsklarmnärdenkonstrueras.Juhögresannolikhetensensorharförupptäckt,destostörreärriskenförfalsklarm.Förvissatyperavsensorersåsomövervakningssensorerkanenhögregradavfalsklarmsriskaccepterasföratterhållaengodupptäckts-sannolikhet.AnvändsdäremotsensornförvarningsomiettVMS,varnings-ochmotverkanssystem,ärkravenpåattdenintefalsklarmarmyckethög.

Falsklarmuppstårnärbakgrundsbrusetiensensoruppfattassomettmålavsignalbehandlingen.Anledningentillattsystemetuppfattardetsomettverkligtmålkanberopåattsignalstyrkanibakgrundsbrusetärtillräckligthögoch/ellerattsignalkaraktäristikenärmycketlikenverkligsignal.Detfinnsolikatekniskaverktygförattbibehållagodupptäcktssannolikhetmedlågriskförfalsklarm.

Förattundvikafalsklarmiensensoranvändsolikateknikerförundertryck-ning,därenavdevanligasteärattsättatröskelvärdenförhurstarksignalenskallvaraförattdenskallgodkännassommål.Andraundertryckningsteknikerkanvaraattsättaolikadiskrimineringskriterierpåsignalkaraktäristikensåsomtidsdiskriminering,koherensdiskrimineringoch/ellervåglängdsdiskrimineringföratteliminerafalsklarm.Ettexempelpåtidsdiskrimineringförlaservarnareärattmätapulsensstigtiddåenlaserharbetydligtkortarestigtidänvadsolre-flexerhar;påsåsättkansignalbehandlingendiskriminerabortsolreflexerochriskenförfalslarmreducerasdärmed.

1�

2. Radar

Radarsystemanvänderelektromagnetiskstrålningmedfrekvensersomvanli-genliggermellan1och100GHz.Tackvareattradarnanvänderrelativtlångavåglängder så är den, i jämförelse med t.ex. elektrooptiska sensorer, relativtväderokänslig,dvs.denpåverkasendastiringaomfattningavdåligtväderocht.ex. stridsrök.Kraftigt regnkandockminskaräckviddenhos radarn.Precissomallaandrasensorerärradarnsegenskaperkompromissermellanframföralltyttäckning/räckviddochupplösning/noggrannhet.Dessatvåegenskaperssvårförenlighet gör attman traditionelltharhaft radarmedolikakonstruk-tionsprinciperförolikaändamål.Devanligaste(förmilitärtbruk)är:

• Spaning

• Målsökning

• Eldledning

• Navigering

Tidigarehardessaolikaanvändningsområdeninneburitradikaltolikakon-struktionsprinciper,menutvecklingengårmotattförsökabyggainsåmångaolikafunktionersommöjligtienochsammaradar,ens.k.multifunktionsra-dar.Dettidigareresonemangetomattensensorärenkompromissmellanolikaönskadeegenskapergällerävenmultifunktionsradarn.

Iochmedattradarnärenaktivsensorinnebärdetattdetfinnsgodamöj-ligheterattmätainradarsensornochävenstöradenpåelektroniskväg.Vissatyperavradarsystemsomt.ex.luftvärnsradarriskerarävenfysiskbekämpninggenominmätningavradarnavsignalsökanderobotar.

20


2.1 Historia

Det är svårt att sätta fingret på en speciell person som uppfann radar ellerettspecielltårsomradarnföddes.Radarärsnarareenproduktavenmängduppfinningarochupptäcktersomgenomåreninneburitförverkligandetavenradar.Dessutomär radarhistorienprägladavmyteroch teknisknationalismsomgörhistorienänsnårigare.Dockfinnsnågratydligamilstolpar:

• 1887 experimenterar Heinrich Hertz med radiovågor och upptäcker attvissamaterialsläpperigenomvågornamedanandrareflekterardem.

• 1904förevisarChristianHülsmeieroffentligtsinkollisionsvarnareförfar-tygsommedhjälpavradiovågordetekterarandrafartygpåupptill3kmavstånd.

• Ca1935finnsifleraländerfungeranderadarsystem.Dessaärdockdåfort-farandeietttidigtstadiumavsinutveckling.

• 1940 uppfinns magnetronen av de brittiska forskarna John Randall ochHarryBoot.Meddenkanstoraeffektermedkortvågigmikrovågsstrålninggenereras.Dettainnebärattradarnnugårattgörasålitenattdenrymsiettflygplan.Dessutomblirupplösningenochnoggrannhetenavsevärtbättreäntidigare.

Efter andra världskriget utvecklas radarn vidare. Datorutvecklingen harmöjliggjortbl.a.framtagandetavaktivaantennerochsyntetiskaperturradar.

2.2 Grunder

Enradarkanliknasvidenmänniskasomenmycketmörknattlysersigframmedenficklampamedsmalstråle.Genomattbelysaettlitetområde,därdetbelystaobjektetreflekterartillbakastrålningentillbelysarensöga,kanpersonengenomattsvepamedlampanöverterrängenbyggauppochskapasigenbildavterrängenframförsig.Påsammasättbyggerradarnuppenbildavdetsomfinnsruntomkringden.Skillnadenärattradarnanvänderenbetydligtlängrevåg-längdänficklampan,vilketinnebärattdenelektromagnetiskastrålningenintekanuppfattasmedögatutanmåstefångasuppochförstärkasiradarnsmotta-gare.Radarnkanmedhjälpavsinfunktionsprincipmätainmålets(sefigur4):

• Avstånd

• Riktning

• Hastighet

21

Radar

Avståndräknardenutgenomattmätadentiddettarfördenelektromag-netiskavågenattfärdasfrånradarntillmåletochtillbaksigen.Dåhastighetenhosvågenärkänd(caljusetshastighet,300000km/s)kanavståndettillmåletberäknas.

Riktningtillmåletfåsgenomattmätaivilkenriktningantennenpekardåettekofåsfrånettmål.Detfinnsradarsommäterbådehöjdochsidvinkel,menmångamäter enbart en avdem.Förenklatkanman säga att antennenriktassåattmåletgerstarkastsignal.

Hastighetenhosmåletkanmätaspåtvåsätt:Enderaföljsmåletunderentidochgenomattbetraktahurmåletrörsigberäknasdesshastighet.Alternativtvåärattiakttadens.k.dopplerfrekvensensombildasdåettrörligtmålträffasavenvågrörelse.Dopplerfrekvensförklarasnärmaresenareikapitlet.

Figur 4. Enkel funktionsprincip för radar. (Källa: FM)

Radarprincipen

Med hjälp av denna princip kan flera saker mätas:

Avstånd: Tiden från utsänd puls till mottagen, delat med 2, gånger ljushastigheten

Riktning: Vinkelgivare på antennen används

Hastighet: Målets positionsförändring, eller mätning av den s.k. dopplerfrekvensen (ger radiell hastighet)

2TcR

1

22


Radarnärettaktivtsystemsomsänderutenellerfleraelektromagnetiskapulserochsedanmäterhurlångtiddettarinnanpulsenkommertillbakasomettekofrånettmål.Genomattkännatillattenelektromagnetiskvågrörsigmedljusetshastighetsåkanavståndettillmåletberäknas.

2.3 Funktionsprincip

Inledningsvisbeskrivs,mycket förenklat, funktionsprincipenoch inverkandeparametrarförenenkelpulsradarmedroterandeantenn.Senarekommeran-draradarvarianterochspecialfunktionerattbeskrivas.

2.3.1 Radarparametrar

Detfinnsenuppsjöavolikaradartillämpningar,ochberoendepåvilkenra-darnshuvuduppgiftärsåserdenutpåolikasätt.Ingenenskildradarkansjälvlösaallauppgifterperfektutanärenkompromissutifråndessönskadeegenska-per.Parametrarsompåverkardessfunktionär(pulsradar)(sefigur5):

• Sändfrekvens(användvåglängd)

• Pulsrepetitionsfrekvens(PRF)

• Breddpåantennloben

• Antennrotationshastighet(elleromdeninteroterar,hastighetenmedvilkenantennlobenrörsignärdenavsökerenyta)

• Antennensstorlek

• Pulslängd

• Sändeffekt

Det finns andra parametrar som också påverkar radarns prestanda, mendessasjunämndaärenbrabörjanförattkunnaskapaeninitialförståelseförvadsompåverkarenradarsegenskaper.

2.3.2 Radaregenskaper

Deprimäraegenskapernavidantennkonstruktionär:

• Räckvidd

• Volymtäckning

• Upplösningochvinkelnoggrannhet

• Uppdateringstakt

23

Radar

Dessaegenskaperärimångafallmycketsvåra,förattintesägaomöjliga,attkombineraienochsammaradar.Sensornblirenkompromissdärdeönskadeegenskapernaprioriteraspåbekostnadavnågonannan;t.ex.ståryttäckningimotsatsförhållande tillupplösning, vilket innebär attbrayttäckningmedförlågupplösningochföljaktligenhögupplösningmedfördåligyttäckning.Sam-bandenmellanparametrarochegenskapervisasifigur6pånästasida.

Desjuolikaparametrarnapåverkarradaregenskapernapåolikasättsamti-digtsomdepåverkarvarandra.Utgåendefrånegenskapernaienradarskallvinedanförsökaredautvilkaparametrarsompåverkardemprimärtsåvälsomsekundärtsamthurparametrarnapåverkarvarandrasinsemellan.

• Volymtäckning

Sambandet mellan yttäckning, antennrotationshastighet [4], räckvidd [15]samtantennlob[16]ärrelativthandfast.Enradarmedlångräckviddochbredantennlobtäckersannoliktenstorytadåantennenroterar.Problemetärdockattenlångräckviddigradarharenantennsomroterarlångsamtförattfåtill-bakatillräckligtmångaekonfrånettmål.Detinnebärisinturattuppdate-ringshastigheten,dvs.huroftaradarnåterkommeroch”tittar”påsammamål,blirlidande.

Figur 5. Definition av sändfrekvens, våglängd, pulslängd och tid mellan pulserna. Vanligen anges inte tiden mellan pulserna, utan i stället anges antalet pulser som sänds per sekund, den s.k. pulsrepetitionsfrekven-sen, PRF. Definitionen av PRF är (Hz). (Källa: FHS)

tp: Pulslängd, mäts i meter eller sekunder

T:

λ: våglängd, mäts i meter ( )fc

=λ

Vågens frekvens, kallas sändfrekvens, mäts i Hertz (Hz) Tid mellan pulserna, mäts i sekunder eller som en frekvens (PRF)

1T

tp: Pulslängd, mäts i meter eller sekunder

T:

λ: våglängd, mäts i meter ( )fc

=λ

Vågens frekvens, kallas sändfrekvens, mäts i Hertz (Hz) Tid mellan pulserna, mäts i sekunder eller som en frekvens (PRF)

24


• Uppdateringstakt

Uppdateringshastigheten,det vill sägahurofta radarnbelyser sammamål, ärdirektberoendeavrotationshastigheten[12]förenmekanisktroteranderadar-antenn.Förenelektrisktstyrdantennbliruppdateringshastighetenavenannankaraktär.Det går oerhörtmycket fortare att flytta en radarstråle elektriskt änmekaniskt,samtidigtsommandessutomkanhoppaframochtillbakaundersve-petmedradarstrålenpåettsättsominteärmöjligtmedenmekanisktroterandeantenn.Vidarekanoperatörenhärsjälvbestämmahuroftaettmålskallbelysas.

• Upplösning

Enradarsupplösning,dvs.hurnäratvåmålkanliggavarandraiavståndochsida(vinkelupplösning)och fortfarandedetekteras som tvåmål, är iprincipbero-endeavpulslängden[7]ochantennlobensbredd[10].Längdenpåenpulsavgörradarns förmåga till avståndsupplösning. Ju längrepulsen är,desto sämrebliravståndsupplösningen.Radarnsänderutenpulsunderenvisstid;sambandetmellanpulstidochpulslängdärattökandetidgerenökadpulslängd.Slutsatsenblirsålundaattjukortarepuls,destobättreavståndsupplösning(sefigur7).

Sambandetmellan antennlobens, ävenkallad radarlobens,breddoch ra-darnsupplösningisida(vinkelupplösning)[10]kanenklastbeskrivassåhär:

Figur 6. Samband mellan radarparametrar (ellipser) och de radaregenskaper (rektanglar) som eftersträvas. Siffrorna anger inbördes förhållanden. (Källa: FHS)

Yttäckning Upplösning Räckvidd Uppdateringshast

PRF

Pulslängd

Antennstorlek

Sändfrekvens

Antennlob

Rotationshast

78

4

2

1

3

5

12

6

1011

13

9

15

Sändeffekt

14

16

25

Radar

Figur 7. Om avstånden mellan målen understiger halva pulslängden (eller snarare den sträcka pulsen färdas på halva pulstiden) kommer ekona från målen att överlappa varandra och radarn kommer inte att kunna urskilja att det handlar om två mål (a). Om avståndet däremot överstiger halva pulstiden kommer ekona inte att överlappa varandra och följaktligen kommer radarn att urskilja två mål (b). (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

Figur 8. Sambandet mellan lobbredd och vinkelupplösning. Om avståndet x mellan målen överstiger lobbredden kan radarn ange flygplanen som två mål, annars kommer radarn att visa planen som ett mål. Detta beror på att när radarloben passerar flygplanen kommer det i a) att finnas ett läge då inget eko återkommer, medan det i b) kommer eko tillbaka från det att loben träffar första flygplanet till det att den lämnar det andra. (Källa: FHS)

tpavst < 0,5 t px

tp

avst > 0,5 t px

A

B

B Θ°

A

B Θ°

B

x

x

Förattradarnskallkunnaavgöraattdethandlaromtvåmål(närdeärsepare-radeisidled),krävsdetattloben,närdensveperförbi,vidnågottillfälleskallkunnapekamellanmålenutanattfånågotekotillbaka,dvs.ettsvepkommerattgetvåseparataekontillbaka(sefigur8).Avdettaresonemangkanvislutaosstillattjusmalareradarlob,destobättrevinkelupplösning.

26


• Räckvidd

Räckviddenärdenegenskaphosenradarsomärmestkomplexnärdetgällersambandetmellanolikaparametrarochhurdepåverkarradarnsegenskaper.Vikanbörjamedenbetraktelseöversambandetmellanparametrarna:

Sändfrekvensen(våglängden)[6]påverkartillsammansmedantennstorleken[2]hurbrettvisänderutvårradarenergi(antennlobensbredd).Sändfrekvensenpåverkarocksåräckvidden[13]idenmeningenattenlägrefrekvens(längrevåglängd)dämpasmindreiatmosfärenochgerenlängreräckvidd.Pulsrepeti-tionsfrekvensen(PRF)[9]påverkarisinturräckviddenpåtvåsätt:

• EnhögrePRFgerflerekontillbakafrånmålet,dvs.merenergireflekterasfrånmåletvilketgerstörredetektionssannolikhet,vilketipraktikeninnebärlängreräckvidd.

• SamtidigtinnebärdockenhögPRFettkortlängstamätavstånd(sefigur9).Dettapga.pulsradarnbara”kanhaenpulsiluftensamtidigt”,dvs.tidensomgårmellanpulsernasändsutavgörvilketmaximaltentydigtmätav-ståndradarnhar.

Pulslängdenpåverkarräckvidden[8]positivtdåenlängrepulsinnehållermerenergi,vilketinnebärattmerenergikommertillbakafrånmålet;detblirbättre atmosfärspenetration, vilket resulterar i längre räckvidd. Pulslängdenpåverkardockocksåavståndsupplösningen[7].Enlängrepulsinnebärsämreavståndsupplösningenligtresonemangetovan.

SambandenmellanPRF,antennlobochrotationshastighetäränmerkom-plext.Viantarattvividvarjeantennvarvmåstefåtillbakafleraekonfrånettmålförattverkligenvarasäkrapåattdetärettmålochingenstörningellerbrusgenomslag, sägt.ex.10ekonfrånvarjemål.Förattvarasäkrapåatt fåtillbaka10ekonmåstevisetillattunderdentidsomantennlobenpekarpåmåletsändautminst10pulser.HärkanviseattsambandetmellanPRF,ant-ennlobensbreddochantennensrotationshastighetmåsteanpassassåattvifår

Figur 9. PRF inverkan på maximalt mätavstånd. I figur a hinner ekot tillbaka från målet innan vi skickar ut nästa puls. I figur b hinner inte ekot tillbaka innan vi sänder ut nästa puls, vilket innebär att tidmätningen inte kommer att fungera och därmed kommer inte heller avståndsmätningen att bli korrekt. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

A B

27

Radar

tillbaka10ekon.ÄrPRFförlåg,antennlobenförsmalellerrotationshastighe-tenförhögkommerviinteatthinnasända10pulserundertidenantennlobenpekarpåmåletochdärigenomfårviintehellertillbakavåra10ekon.AnpassasintesambandetmellanPRF,antennlobochrotationshastighetoptimaltkom-merdetattpåverkaräckviddennegativt.

Detfinnsockså, givetvis, ett sambandmellanutsändenergioch radarnsräckvidd.Julängreräckviddviönskar,destomerenergimåstesändasut.Detfinnstresättattökaenerginsomsändsut:högresändeffekt[14],längrepulser[8] ellertätaremellanpulserna(dvs.högrePRF)[9](sefigur11).OmviökarvårPRFsåuppstårdockproblemetmedavståndsmätningen(sefigur9),vilketinnebärattdetalternativetblirkrångligt.Enklareäriställetattökapulslängdenochpulseffekten.Nackdelenmedattökapulslängdenärdockattavståndsupp-lösningenblirsämre(sefigur7),mendetgårattlösameds.k.pulskompressionsomviåterkommertillsenare.Attökapulseffektenharocksåsinanackdelar,t.ex.genomattenradarmedhögpulseffektärrelativtenkelattpejla.

I texten ovan, vilken försöker reda ut sambanden mellan de olika para-metrarna,kanviåtminstoneförståattallaparametrarhängerihopmerellermindre,dvs.detgårinteattändraenparameterförattuppnåenändringira-darnsprestandautanattnågotannatpåverkas.Därförärallaradarstationerenkompromissavolikaönskadeegenskaper.Genomattprioriteravissaegenska-pertvingasmanväljaparametrarsomgerandra,mindreönskade,följdeffekter.Konstruerasenlångräckviddigspaningsradardärräckviddochyttäckningharvaritprioriteradeegenskaper,skerdetpåbekostnadavupplösningochuppda-teringshastighet.Konstruerasenkorträckviddigspaningsradardärstorlekoch

B Θ° xB Θ°

Figur 10. Sambandet mellan PRF, antennlobens bredd och antennens rotationshastighet. (Källa: FHS)

Figur 11. Tre sätt att öka energin som radarn sänder ut. (Källa: FHS)

Öka pulslängden Minska intervallet mellan pulserna

Öka pulseffekten

28


uppdateringshastighetvaritprioriteradefunktioner,skerdetpåbekostnadavräckvidd.

• Radarekvationen

Radarekvationen(sefigurennedan),ärenteoretiskformelsominteärprak-tisktanvändbarförattfåframettabsolutvärdepåenradarsräckviddpågrundavstoraosäkerheter i ingåendeparametrar.Dockvisardenpåvilka faktorersompåverkarräckvidden:

• Högretoppeffektgerlängreräckvidd.

• Längrepulslängd(pulsbredd)gerlängreräckvidd.

• Högreantennförstärkninggerlängreräckvidd.

• Längrevåglängd(=lägrefrekvens)gerlängreräckvidd.

• Störreradarmålareagerlängreräckvidd.

2�

Radar

• Högrebrustemperaturiradarngerminskadräckvidd.

• Minskadkänslighetförmåldetekteringiradarngerminskadräckvidd.

• Ökadeförlusteritransmissionochatmosfär,våglängdsberoende,germins-kadräckvidd.

Generelltkan sägasatt jumerenergi somskickasut i rymden,dvs.högtoppeffektochlångsändpuls,destolängreräckvidd.

Sammanfattningsviskansägasattdeparametrarsomståröverbråkstrecketiradarekvationengerökadräckviddnärdeökas,ochdeparametrarsomstårunderbråkstrecketgerminskadräckviddomdeökar.

2.3.3 Antenner

Förattfokuseraenerginiönskadriktninganvänderallradarantenner.Vanligt-visanvändssammaantennbådeförutsändningochmottagningavenergin.Detsomavgörvilkenvinkelupplösningenradarharärtillstordelberoendeavbred-denpådenutsända”radarstrålen”,dens.k.antennloben.Jusmalarevisänderutradarenergindestobättreblirupplösningen.Samtidigt innebärensmalareantennlobattdettarlängretidattavsökaettområde.

Härförstårvidirektattvitvingastillenavvägningberoendeavvadvivillattradarnskallvarabrapå.T.ex.passareneldledningsradar,därupplösningenäravstörstavikt(pga.attvivillkunnaskjutapåettmålmedstödavinformationen),inteförattkunnaavspanastoraytorpåkorttid.Enspaningsradardäremot,vars främstauppgift just är att avspana storaytorpåkort tid,måstekanskeanvändaenbredantennlobförattuppnådetta,menfårdådennackdelenattupplösningeninteblirdenbästa.

Detsomavgörhursmalantennlobenblirärihuvudsakförhållandetmel-lanradarnsvåglängdochantennensstorlek.Förattfåensmalantennlobmåsteantennenvaraavsevärtmycketstörreänvåglängden.Entumregelföratträknautlobbreddenhosenantennärattanvändaformeln

d

60

1

därΘärlobvinkelnigrader,λ ärvåglängdenimeterochdärantennensbreddimeter.

En antenn kan aldrig konstrueras så att den koncentrerar all effekt i enriktningpga.attdetalltiduppstårdiffraktionsfenomenisambandmedvågor.Förantennerärdetkantenpåantennensomåstadkommerdiffraktionen.Vi-darefinnsingenabsolutavgränsningförantennloben.Förattangelobvinkelnmätsmaxeffekt(Gmax)frånantennenpåettbestämtavstånd.Däreftervridsantennenförståthögerochsedantillvänstertilldessmaxeffektenhalverats.

30


Figur 13a. Radarsignalens dämpning beroende av väder och våglängd. (Källa: FOI)

Figur 12. Exempel på antenndiagram (Gmax – 3dB = Gmax/2). (Källa: FHS)

Gmax

Gmax - 3dB Gmax - 3dB

d

a b

Elektromagnetisk dämpningsnivådB/km

L S

1 dm 3 cm 1 cm 3 mm 1 mm

C X Ku K Ka V W mm

150 220503020

10

532

1

0,50,30,2

0,1

0,050,030,02

0,01

0,0050,0030,002

0,0011 GHz 2 3 5 7 10 20 30 50 70 100 200 300 500 700 1 THz

Regn A

Regn B

Dimma

Snö

Sommar

Vinter

Mindre dämpning

Blött hagel

RegnHagel

Iskris

taller

Blöt snö

Torrt

hagel

Torr s

nö

Mer dämpning

Figur 13b. Nederbördens påverkan på radarsignalens dämpning. (Källa: FOI)

31

Radar

Lobvinkeln anges somvinkelnmellanvridningenåt vänster resp.högerdärmaxeffektenhalverats(sefigur12).

Härkanenenkel lösningtyckasvaraattalltidanpassavaletavvåglängdeftertillgängligantennstorlek.Problemetär,somtidigarenämnts,attatmos-färdämpningen av radarvågen ökar med minskande våglängd, dvs. radarnsräckviddminskardåvianvänderenkortarevåglängd(sefigur13).

Enavvägningmåstealltsågörasutifrånönskadräckviddochmöjligantenn-storlekhos radarn. I enflygburen radartillämpning, eller kanskenär radarnskallmonterassommålsökareienrobot,måstekortavåglängderväljasförattantennenskallkunnafåplatsiflyg-ellerrobotkroppenutanattantennlobenskallbliförbredochdärmedupplösningenfördålig.Nackdelenbliratträck-vidden blir begränsad då den kortvågiga radarsignalen kommer att dämpasrelativtmycketiatmosfären(specielltviddåligtväder).

2.3.4 Radarmålareaochsmygteknik

Någotsompåverkarpåvilketavståndenradarkanupptäckaettmålärgivetvishurstortmåletärochdärigenomhurmycketenergi(eko)somdetreflekterartillbakatillradarn.Hurmycketenergiettmålreflekterarkallasekvivalentradar-målarea(RMA).Denkanvarierakraftigtförsammamålberoendeavfrånvilkethållmåletbelysesochvilkenfrekvensradarnanvänder(sefigur14).

Omvikännertillhurenfarkostsradarmålareavarierarfrånolikahållkanvisomanvändareivissasituationerutnyttjadettaochvändasidanmedminstradarmålytamotfiendenförattminskahansförmågatillupptäckt.

Närmantalaromsmygteknik(stealth)såärdetradarmålareansomkon-struktörenförsöktattminskaförattförsvåraförenradarattupptäckamålet.

Figur 14. Radarmålytans variation hos ett flygplan beroende av från vilket håll radarn belyser det och vilken sändfrekvens radarn har. (Källa: FOI)

3 GHz90 MHz30 MHz

32


Figur 15. Jämförelse mellan olika flygplans ekvivalenta radarmålareor. Observera att detta endast är ungefärliga värden som varierar mycket beroende på vinkel och radarfrekvens. (Källa: FM)

Ensmyganpassadfarkostblirdockaldrigheltosynligförradar,dockkanupp-täcktsavståndetminskakraftigt.Förattupptäcktsavståndet förenradar skallnedgå till hälften räckerdetdock inte attminska radarmålarean till hälften,utandenmåsteminskas16ggr.

Attkraftigtminskaradarmålareanhosenfarkostärintelätt(ochintebilligt)ochkräveroftakraftfullakompromisserdärmanfårgöraavkallpåandraegen-skaper(t.ex.flygegenskaper,lastförmåga,prism.m.).FörenfulltsmyganpassadfarkostvillkonstruktörenintebaragöradensvårupptäcktförradarutanävenförandratyperavsensorersomIR-kameror,akustiskasensorerosv.

33

Radar

Detfinnstvåhuvudprinciperförattminskaradarmålareanhosenfarkost:

• Geometrisk utformning. Genomattbyggafarkostensåattomdenbelysesmed radar från vissa riktningar, reflekteras inte radarenergin tillbaka tillradarnutanbortienannanriktning.Härigenomkommermycketliteen-ergi(eko)tillbakatillradarn,vilketgörfarkostensvårattdetektera.Detgårdockinteattkonstruerafarkostensåattdenpådettasättblirsmyganpassadfrånallavinklar,utanmanmåsteprioriteradebedömtfarligasteriktning-arnaochkonstruerafarkostenutifråndessa.Förattinteförstörasmygan-passningenmåstedessutomvapenochannanlasthängasinutiflygkroppen,vilketinnebärbegränsningar.

• Radarabsorberande ytmaterial. Genomattkläfarkostenmednågontypavmaterial, somistället förattreflekteraenerginfråndenbelysanderadarnabsorberar den större delen av energin. Detta material absorberar olikamycketberoendepåvilkenfrekvensdenbelysanderadarnanvänder,vilketinnebärattfarkostenmåstekonstruerasförattvarasvårupptäcktförenvisstypavradarochinteförallaförekommanderadartyper.

Läsmeromsmygteknikivolymnr.5,Plattformsteknik,idennabokserie.

2.3.5 Radarhorisont

Förattenradarskallkunnaupptäckaettmål,fårdetnormaltinteliggabortomhorisontenförradarn.Somfigur16visarsåberorradarhorisontensavståndpåradarnshöjdsamtmåletshöjd.

Figur 16. Beräkning av radarns maximala räckvidd med avseende på jordens krökning och den radarhori-sont som uppkommer därav. Observera att radarns räckvidd kan vara avsevärt kortare pga. andra parame-trar, t.ex. terränghinder, än vad radarhorisonten medger. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

Maximal räckvidd (R)

R 4 ( x hradar + h )mål

h : Radarns höjd (meter)radar

h : Målets höjd (meter)mål

R: Radarns maximala räckvidd i kilometer(med hänsyn till jordens krökning)

hradar hmål

34


Radarhorisontenkanvidarevarieraberoendepåluftensfuktighet,tryckochtemperatur,vilketkanmedförakortareellerlängreradarräckviddännormalt.

2.4 Specialfunktioner

Föratt en radar skallkunna lösa sinuppgift trots attkraven står imotsats-förhållandetillvarandraellerattmanvillutnyttjanågotfysikalisktfenomen,krävsiblandattnågonformavspecialfunktioninförsiradarn.Nedanbeskrivsnågraavdevanligaste.

2.4.1 Pulsdopplerochhastighetsmätning

I många radarapplikationer är det av största intresse att skilja ut rörliga målfrånickerörliga.Grundenförattlyckasärattvinyttjarettfenomensomkall-las dopplereffekten. Det är en frekvensförskjutning som uppkommer då envågrörelseträffarettrörligtobjekt.Ivårtfallhandlardetomattvårelektromagne-tiskavåg(radarpulsen)träffart.ex.ettflygplan.Dåekotreflekterastillbakatillossharfrekvensenändratsenaning(sefigur17).Allaekonsomhärrörfrånrörligamålkommeralltsåhaenannanfrekvensändenvisändeut.Frekvensskillnadenärdessutomproportionellmotmåletshastighet.Genomattfiltrerabortallaekonsomharexaktsammafrekvenssomdenvisändeutkanvisåledesfiltrerabortallaekonfrånfastamål.DettakallasMTIellerMoving Target Indication.

Observeradockattdopplereffektenberorpåmåletsrörelsemotellerfrånradarn.Ommåletrörsigvinkelrättmotradarnuppkommeringendoppler-frekvensochmåletkanföljaktligensorterasbortiradarn.Dettagårattnyttjataktisktgenomattmanflygeris.k.”nolldoppler”förattintebliupptäcktavradarnellerförattradarnskalltappabortmålet.

MTI-principen kan tyckas enkel, men är betydligt mer komplex i verk-lighetenommantar inallaparametrar.Enav svårigheternaäratt frekvens-skillnadenmellanutsändradarsignalochmottagetekoärmycketliten,vilketkomplicerarurskiljandetavderörligamålen.

Fsänd F + fsänd doppler

Figur 17. Ett eko från en vågrörelse som träffar ett rörligt mål kommer att ha en annan frekvens än den som sändes ut. Obs! Proportionerna är kraftigt överdrivna. Frekvensskillnaden är i själva verket mycket liten. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

35

Radar

• Pulsdoppler

EnmeravanceradvariantavMTI-radarärdens.k.Pulsdoppler-radarn.Dennatypavradarfinnermanoftaimodernaflygburnatillämpningardärmanende-raärintresseradavattmätamåletshastighet,ellerbarafiltrerabortmarkekontrotsattmansjälvrörsig.Detärdockmycketsvårtattbådemätaavståndochhastighetpåettbrasättmedenradar.DärförarbetarenPulsdoppler-radaroftaitreolikamoder:

• HPD(High Pulse Doppler=högpulsrepetitionsfrekvens).Pga.extremthögPRF kan denna mod inte mäta entydiga avstånd utan endast hastighet.Dengerdockmycketbraräckviddmotluftmål,dvs.denkandetekteramålpålångthållmenintemätaavståndettilldem.

• MPD (Medium Pulse Doppler = medelhög pulsrepetitionsfrekvens). Kanmätaavståndtillluftmålmenejhögahastigheter.GerejsammaräckviddmotluftmålsomHPD.

• LPD(Low Pulse Doppler= lågpulsrepetitionsfrekvens).Används framföralltmotrörligamarkmål.Dennamodkanintemätahastighetutanbarafiltrerabortfastaekon.

2.4.2 Helikopterdetektering

FörattkunnadetekterahovrandehelikoptrarienMTI-radarkrävsnågonformavspecialfunktionsomoftakallashelikopterkanal.EnMTI-radarfiltrerarjubortstillaståendeekonochenhovrandehelikoptergerinteupphovtillnågondopplerfrekvensdådesskroppstårstilla.Däremotfinnsdetgivetvisandradelaravhelikopternsomrörsignärdenhovrar.

Detenklastesättetattdetekteraenhovrandehelikopterärattletaefterdetmycketspeciellaekosomrotornavetgerupphovtill.Rotornavetgårdockattsmyganpassagenomattkläindetochdärigenomminskadessradareko.Förattundkommadettaproblemgårdetocksåattinriktasigpåattdetekteraekotfrånrotorbladen,ävenomdettakräverennågotmerkompliceradlösning.

2.4.3 Pulskompressionellerpulskod

Som tidigare konstaterats påverkar pulslängden både avståndsupplösningenoch pulsenergin (och därmed räckvidden). En lång puls ger dålig avstånds-upplösning men lång räckvidd, och vice versa. För att slippa kompromissaalltför mycket mellan avståndsupplösning och räckvidd används något somkallaspulskompressionellerpulskodning.Genomattmodulerasändpulsenges

36


radarnmöjlighetattintebarakännaavnärhelapulsenkommertillbaka,utanävenvilkendelavpulsensomkommertillbaka,ochnärdengördet.Därige-nomkanävenenlångpulsgegodavståndsupplösning.Tvåolikasättanvändsförattgörapulskompressionen(sefigur18):

• Linjärfrekvensmodulering

• Binärfasmodulering

Vidlinjär frekvensmoduleringvarierassändfrekvenseninompulsen.Vidbi-när fasmoduleringvändsfasen180˚påettantalställeninompulsen.Genomvändningenkodassignalensåattdeninnehållerettantalplusochminus,enkod. Genom båda moduleringsprinciperna kan en lång, energirik sändpulsändågegodavståndsupplösningdåradarekot”avkodas”närdetkommertill-bakatillradarn.

Genomattnyttjapulskompression,därpulsendelasuppiettantalsubpul-ser,såkanalltsåtoppeffektenhosradarnhållasrelativtlågmedgodavstånds-upplösning.Dettaärocksåenfördelförattundvikaupptäcktavsignalspaning,dåhögtoppeffektärenvanligorsaktillattenradarupptäcks.Sefigur19förprincipbildpåpulskompression.Avståndsupplösningenblirvidpulskompres-sionhalvasubpulslängden.

2.5 Radartillämpningar

2.5.1 Spaningsradar

Enspaningsradarsprioriteradeegenskaperhartraditionelltvariträckviddochyttäckningpåbekostnadavupplösning.Förattkunnahaenstoryttäckning

Linjär frekvensmodulering-++

Binär fasmodulering

Figur 18. Skillnader i moduleringsprincip mellan linjär frekvensmodulering och binär fasmodulering. (Källa: FHS)

37

Radar

och samtidigt inte få enalltför långsamuppdateringshastighet,hardeflestaspaningsradarersaknatupplösningihöjdled,dvs.saknatmöjlighetattgehöjd-informationsamtavgöraomdetärfråganomettellerfleramålsepareradeihöjd.Detta kan ses rätt tydligt pådeflesta spaningsradarantennerdåde ärsmalaihöjdledmenbredaisidled,vilketgerenantennlobsomisidledärsmal(=godupplösning)menihöjdledmyckethög(=dåligelleringenupplösning).Ävenavståndsupplösningenblirvanligtvisrelativtdåligdålångapulsermåsteanvändasförattpulsenskallinnehållatillräckligtmedenergi.

För att nå den önskade långa räckvidden används också ofta långa våg-längder(=lågatmosfärsdämpning)vilketisinturinnebärattantennenoftaärrelativtstorhosenspaningsradar.

2.5.2 Följeradar

Med följeradar eller eldledningsradar avser vi en radar somhar förmåga attinledningsvissöka(vanligtvisinomettbegränsatområde)efterettmål,däref-terlåsapådetochnoggrantmätaindesspositionbådeavseenderiktningochavstånd.

Hoseldledningsradarharupplösningochnoggrannhetgenerelltpriorite-rats för att kunna styra ett vapensystem mot ett mål. Härav har man gjortavkallpåräckvidd/yttäckning.Ettkomplettvapensystemhardärförvanligtvisbeståttavenspaningsradarsomsöktavstoravolymer.Upptäcktamålharse-daninvisatstilleneldledningsradarsomstyrtvapensystemetunderslutfasenavbekämpningsförloppet.

Figur 19. Principskiss för pulskompression. Pulsen som radarn sänder ut är uppdelad i ett antal subpulser som radarn avkodar med hjälp av ett filter. Pulsen delas upp och subpulserna stackas på varandra. På så sätt får man bra avståndsupplösning kombinerat med bra räckvidd. (Källa: FHS)

Utsänd puls

Pulslängd

Pulslängd

Filter

Mottagen puls

38


Enföljeradarmåstehaupplösningitredimensioner:höjdvinkel,sidvinkelochavstånd.Höjdvinkeloch sidvinkel löses genomen följeprincip i vinkel.Iavståndsledanvändsenannanprincip,vilkenkommerattbeskrivas längrefram.

Förattfåenmycketgodupplösning(ochnoggrannhet),kännervitillattenmycketsmalantennlobmåsteanvändas.Trotsattenmycketstorantenniförhållandetillvåglängdenanvändssåblirantennlobenintetillräckligtsmalförattgetillräckligvinkelupplösningförattanvändaförmålinvisningförvapensys-tem.Iställetmåsteandraåtgärdervidtasförattlösadettaproblem.Istortkanmansägaattdetfinnstresättattskapatillräckligvinkelupplösningochförmågaattföljamål:

• Koniskskanning(Lobnutation)

• Monopulsteknik

• Nyttjandeavelektrisktstyrdantenn

Hurmanlöserföljningeniavståndåterkommervitill.

• Konisk skanning

Dennaprincipinnebärattmanpånågotsättlåterantennlobenroteraochbildaenkonenligtfigur20.Genomattkontinuerligtmätahurmycketekosomfåstillbakafråndeolikariktningarnaihelixrörelsen(vispanderörelsen)kanmanlätttaredapåvarmåletär,eftersommåletfinnsidenriktningdetstarkasteekot fås.Antennlobenriktasdå (fortfarandeunderenhelixrörelse)motdenriktningvarifråndenfårdetstarkasteekot.Slutligenkommerantennlobenattriktasmotmålet(ochlobenroterarruntmålet).Dåfåsnästanlikastortekofrånsamtligariktningarochradarnvetattdenpekarraktmotmålet.

Detta är den första och sannolikt enklaste formen av följeradar.En stornackdelmeddenärdockattdenuretttelekrighänseendeärmycket lättattstöraochdärföranvändsdenejimodernaradarer.

• Monopulsprincip

Ett annat,ochmodernare, sätt att realisera följeradar är att användamono-pulsprincipen.Iställetförattsomikoniskskanninganvändaenroterandean-tennlobsåanvändsiställetflerafastasimultanaantennlobersomärvinkladeiförhållandetillvarandra(sefigur21).

Genomattplaceramatarhornenifyrkant,därradarsignalensändsutochtasemot(sefigur22),skapasdessalobermedhjälpavantennreflektorn.Hos

3�

Radar

Figur 20. Funktionsprincip för lobnuterande radar. (Källa: FM och FHS)

Figur 21. Funktionsprincipen för en monopulsradar. (Källa: FM)

Mycket eko

Lite/inget eko

Antennen pekarpå målet

Fastalober

Figur 22. Sändmönster (och mottagarmönster) för en monopulsradar. Vid sidvinkelfel (radarn pekar ej rakt mot målet) skiljer sig ekostyrkan sig åt mellan loberna A och B respektive C och D. Vid höjdvinkelfel skiljer sig ekostyrkan mellan loberna A och C respektive B och D. Då radarn pekar rakt mot målet är ekostyrkan lika i de fyra loberna A, B, C och D. (Källa: FHS)

A B

C D

Radarantenn med fyraseparata matarhorn

Antennen pekar på målet Loben

nuterar

40


Figur 24. Exempel på sökmönster för en radar med elektriskt styrd antenn och TWS-funktion (TWS – Track While Scan, följning under sökning). Om vi tänker oss rektangeln som det område som skall avsökas ser vi hur radarn börjar söka i övre vänstra hörnet och sedan söker radvis. När den får ett reflekterat eko lägger den fler pulser runt det upptäckta målet för att med bättre noggrannhet mäta in det. Under den fortsatta sökningen kan radarn gå tillbaka till upptäckta mål för att uppdatera deras läge. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 1822 2321

24 25 26

27 28 29

Figur 23. Exempel på funktionen hos en monopulsradar. I vänstra exemplet pekar inte radarn rakt mot målet. Ekostyrkan kommer att vara större i B än i A, samt i B än i D. Radarn räknar då ut att den måste vrida sig i höjdled och i sidled. I högra exemplet har detta skett och radarn pekar rakt mot målet. Ekostyrkan kommer att vara lika i de fyra loberna A, B, C och D. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

A B

C D

A B

C D

41

Radar

enföljeradarsomskallhamöjlighetenattföljaettmålibådehöjdledochsid-led,somt.ex.enluftvärnseldledningsradarellerenmålsökare ienjaktrobot,användsfyralober(sefigur22).Enrobotsombaramanövrerarisidled,somt.ex.ensjömålsrobot,klararsigdockmedtvålober.

Genomattmätaochjämföraekostyrkanideolikalobernakanradarnav-göraivilkenriktningmåletfinns(sefigur23).Närsedanekostyrkanärungefärlikaiallalobervetradarnattdenpekarraktmotmålet.

Fördelenmeddennaprincip,framförkoniskskanning,ärbl.a.attdengårattgöramycketsvårattstöramedelektroniskamotmedelochärdärmeduretttelekrigsperspektivenfördelaktigarekonstruktion.

• Elektriskt styrd antenn

Mångagångerkandetvaraönskvärtattföljaettellerfleramålsamtidigtsommansökerefternya(s.k.Track While Scan,TWS).Dettagårattgöramedenmekaniskantenn,mendetgårrelativtlångsamtattvridaantennen,vilketmed-förattuppdateringshastighetenblirlidande.

Ett annat sätt är dock attnyttja en s.k. elektriskt styrd antenn.Med ensådankanantennlobenflyttas(styras)elektrisktutanattsjälvaantennenellerreflektornbehöverrörasmekaniskt.Enavfördelarnameddettaärattdetgårattflyttaantennlobenavsevärtmycketsnabbare,storleksordningen1000ggr,änomantennenmåsterörasmekaniskt.

Enytakanavspanasgenomattpåelektriskväglåtaantennlobensvepaöverden.Närekofåsfrånnågotobjektkanradarnläggafleraradarpulserruntdetupptäcktamåletochgenomattjämföraekostyrkanfråndeolikapunkterna,ungefärenligtmonopulsprincipen,räknautmerexaktvarmåletbefinnersig(sefigur24).Vidarekanradarnsnabbthoppatillbakatilletttidigarebelystmålochuppdateralägetförattsedanhoppatillbakaochfortsättasökningen.

• Avståndsföljning

Oavsettvilkenavdetreovanbeskrivnaprincipernaförföljningivinkelledsomanvändssåmåsteävenenformavavståndsföljninganvändas.Tillskillnadfrånvinkelföljningsåfinnsdethärbaraettsättattlösadetpå.

Följeradarnbestämmersigpånågotvis(informationenkant.ex.kommafrånen spaningsradar) förvilket avståndden tror attmålet liggerpå.Dettakallarvividarehärförinstrumenterat avstånd.M.h.t.dettaavståndberäknarradarnocksånärdentrorattradarekotskallkommatillbaka.Radarngenomförsedantvåmätningaravekostyrkan;enstraxföredenberäknarattekotskallkommatillbakaochenstraxefter(iblandävenkalladtidigochsenlucka).

42


I vänstra exemplet i figur 25 har radarn antagit ett felaktigt instrumente-ratavstånd,nämligenförlångt,dvs.måletliggernärmareänradarntror.DettaupptäckerdendådenjämförekostyrkanipunkternaAochB.DåekostyrkanärstörreiAäniBräknarradarnutattekotharkommittillbakatidigareändenbe-räknade,dvs.attmåletärnärmare,ochjusterardådetinstrumenteradeavståndetinförnästasändpuls.Principenliknarmonopuls,därmanjämförtvåsignaler.

Idethögraexempletharradarnberäknaträttinstrumenteratavstånd,ochviserattekostyrkanärlikaipunkternaAochB.Radarn”vet”dåattdenharrättföljningiavstånd.Dettaförfarandeupprepasvarjesändpuls.Radarnsträ-varhelatidenefteratthållarättinstrumenteratavståndochdärmedlåsningpåmåletiavståndsled.

2.5.3 Millimetervågradar

Enannanvariantavradarvärdattnämnaärmillimetervågradar.Egentligenärdetinteenspecielltypavradarutanenvanligradarsomanvändermyckethögafrekvenser,dvs.våglängderistorleksordningen1–10mm.Givetvisbliratmos-färsdämpningenhögfördessavåglängderochdärmedräckviddenrelativtkort,mendenstoravinstenärattenradarmedsmåantennerkanfårelativtsmalaantennloberochdärmedbraupplösning.Millimetervågradarpassardärförut-märktiapplikationerdärutrymmetärbegränsat,t.ex.irobotar.

Tackvareattvinkelupplösningenärsågodienmillimetervågradarkanibästafallävenenklassificeringgörasavupptäcktaobjekt.

Dopplerfrekvensensomuppstårvidekofrånrörligamålärproportionellmotmåletshastighetochradarnsfrekvens.Dettainnebärattmillimetervågradarnmedsinhögafrekvensfårmyckethögdopplerfrekvensfrånsinaekonjämförtmedenkonventionellradarsomanvänderbetydligtlägrefrekvenser.Denhögadoppler-frekvensengörattmillimetervågradarnfårettstörredopplerspektrumattanalyse-ra.Dettagördetmöjligtattklassificerarörligamarkmål,t.ex.attskiljahjulfordonfrånbandfordon,genomattanalyseradopplerfrekvensenfråndesseko.

Figur 25. Figurerna visar hur radarn genom att mäta ekostyrkan vid två tidpunkter (A och B) kan avgöra om dess antagna avstånd (instrumenterade avstånd) är rätt eller behöver justeras. (Källa: FHS)

Instrumenterat avstånd

A B

Måleko

Instrumenterat avstånd

Måleko

BA

43

Radar

2.5.4 Elektrisktstyrdgruppantenn(ESA,AESA)

• Inledning

Fördelenmedenelektrisktstyrdantennärattmankanskaffasigfullkontrollöverantennensstrålningsegenskaperochformademenligtegetbehovibådetidochrum.Dettaskaparmöjligheterattoptimeraradarnsprestandaförjustdeuppgiftersomskallgenomföras,vilketgerentaktisk/stridtekniskfördel.

Genomattantennlobenkanflyttassåmycketsnabbareelektrisktänmedkonventionell rotation, erhålls stora tidsvinster som medför att radarn kannyttjas förfleruppgifter simultant (sefigur28), t.ex. att följafleramålochstyrarobotarsamtidigt.Beroendepåvilketbehovoperatörenhar,kanenmul-tifunktionssensorutföraflerauppgiftermedenochsammaapertur.Sensornkananvändasföratt:

• Spanaefterluftmålellersjömål

• Följaettellerfleramål

• Spanaochföljalångsamtflygandeplattformar

• Varnaförhot

• Störa

• Signalspana

• Styramissiler

• Avbildning

• Kommunikation

• IFF-funktion

• GMTI-funktion(Ground Moving Target Indication)

Enförutsättningförattenelektrisktstyrdantennskallkunnautföradessauppgifter samtidigt är att lobens egenskaper kan formas enligt eget behov ibådetidochrymd,vilketinnebärattdenmåstehamångaparallellasändar-ochmottagarkanaler,diversifieradvågformningochavanceradsignalbehandling.

• Egenskaper hos elektriskt styrd antenn

Deegenskapersommanvillskapaellerförbättramedenelektrisktstyrdan-tenn (ESA)ochmed aktivt elektriskt styrd antenn (AESA) jämförtmed enkonventionellradarär:

44


• Ökaddetekteringsprestandaavmålmedlitenradarmålarea

• Ökadstörtålighet

• Ökadmätnoggrannhet

• Ökadmultifunktionskapacitet

• Ökadförmågatillmålklassificering

Detmilitärabehovsomdriver teknikenframåtär,utöver förbättradera-darprestanda,attkunnanyttjaantennenförflerauppgiftersomsignalspaning,telekrigochkommunikation(inklusiverobotstyrning)förattpåsåsättredu-ceraantaletantennerochsystempåenplattform.DettaärsärskiltintressantförsmåplattformarsomexempelvisUAV.Förattkunnaåstadkommaensådanmultifunktionienaktivtelektrisktstyrdradar(AESA)krävsmångaparallellasändar-ochmottagarkanaler,diversifieradvågformningochavanceradsignal-behandling.Detpågår förnärvarandeutvecklingssatsningar inomdettaom-råde,därUSAstårfördenstörstasatsningen.Detfinnsocksånågraeuropeiskaländersomnationelltellermultinationelltsatsarpådennautveckling,såsomSverige,England,Tyskland,ItalienochFrankrike.

Idenhärutvecklingssatsningenligger,förutomattåstadkommamultifunk-tionochförbättradradarprestanda,ocksåensträvanattskapakonformaantenner,vilketinnebärattantennenärendelavplattformsstrukturen.Konformaantennerharblivitmilitärtalltmerintressantiochmedattobemannadefarkosterhargjortsinentrépåarenornapåallvardesenasteåren.Deobemannadeplattformarnaärsmå,varförutrymmeochviktärviktigaparametrar.Iluftfalletärluftmotståndockså enbidragandeorsak till intressetkring attutvecklakonformaantenner.Antennaperturenkanävendelasuppsåde fården lämpligasteplaceringenpåplattformen.Strävanliggeriattpåsiktocksååstadkommakonformaantennersomkantastrukturlasterförattpåsåsättytterligarekunnareduceravikt.

Figur 26. Storleksjämförelse mellan AWACS och grekiska flygvapnets Early Warning System som har en elektriskt styrd antenn. (Källa: Saab Microwave Systems)

45

Radar

Figur 27. Principen för faslägesskiftning i en ESA. (Källa: Saab Microwave Systems)

Antenndelar

Fasfront

1:N nätverksdistribution

Fasskiftare

Ett exempel påmöjligheten att reducera storlekenpå radarbärare genomattutnyttjaenelektrisktstyrdantennärErieye,somkanplaceraspåenmindreplattformänenAWACS.Detskalldocknoterasattuthållighetenoch”time-onstation”ärbättreförAWACS.

• Tekniska förutsättningar för en elektriskt styrd antenn

Enelektrisktstyrdantennharettstortantalsmåantennelementplaceradeiradsomutgör självaantennen.Genomattvarieradeutsända signalernas faslägeför varje antennelement, kan antennloben pekas i den riktning som önskas.Skillnadenifaslägenmellanantennelementenåstadkommereninterferensavvågornaiformavförstärkningochutsläckningavenergin,ochpåsåsättblirenerginriktadidenriktningsomeftersträvas(sefigur27).

Genomattdela inantennen iolika funktionsmoduler skaparmanmulti-funktionsförmågafördefunktionersomradarnskallha.Villmanerhållastorabandbreddergörmanensåkalladaperturdelning,därolikadelaravaperturennyttjasförolikaband,t.ex.endelmellan2–8Ghzochenannandel8–16GHzsåattentotalbandbreddsomärstörrepåsåsättkanerhållas.Detsombegränsarvilkauppgiftersomkangörasochnärdekangenomförasärprimärttvåegen-skaper.Dessaegenskaperärbegränsning i aperturochhurmycketbelastningsomradarsystemetklararav.Ävenenelektrisktstyrdantennärbegränsadavdenfysiskaaperturen,sådetkrävsaperturdelningförattåstadkommastoraband-bredder.Vidareärfinessenmedenelektrisktstyrdantennattdenäradaptiv,dvs.

46


attdensjälvuppdaterarmålm.m.enligtenvisslogik.Radarnsarbetslastkanbliförhögochdåreducerar,degraderar,radarnsinverksamhetsåattarbetslastenkommer i balans.Dettamedför att detfinns ett element avoförutsägbarheti radarnsuppträdandemeddenna typ av antenn.En elektriskt styrd antenninnebärdäremotocksåökad tillförlitlighetoch reduceratunderhållsbehovdåmekanisktrörligadelarochelektronrörersättsavhalvledarbaseradekretsarochmångaantennelementskaparredundans.

2.5.5 Syntetiskaperturradar(SAR)

Ettönskemålurtaktisksynvinkelärattfinnaensensorsomskullekunna,medhögupplösning,spanaeftermarkmåliallaväder.Omvimedvanligradartek-nikskallkonstrueraensådansensorställsviinförenradproblem:

• Högupplösningpålångaavståndkräverextremtsmalantennlob.

• Extremtsmalantennlobkräverstorantennochextremtkortvåglängd,dvs.högfrekvens.

• Medextremtkortvåglängdföljerävenhögatmosfärsdämpning,vilketisinturinnebärkorträckviddsomjumotverkardetursprungligasyftet.

Figur 28. Exempel på olika uppgifter en multifunktionssensor kan lösa. (Källa: FOI)

LåghöjdssökningLångsamma mål

Signalspaning

MålföljningMålklassificering

VarningIK

Volymsökning

Missilstyrning

47

Radar

Härkanvikonstateraattmotsägelsernaochproblemenärförstoraförattdet skall varapraktisktgörligt attkonstrueraen sådan radarpå traditionelltsätt.Alltsåmåsteannanlösningsökas:Medsyntetiskaperturradarskapasenkonstgjordantenn,syntetiskapertur,genomattradarntittarvinkelrättiför-hållandetillflygriktningenochsamlarpåsigekonaochbehandlardessasenare(sefigur29pånästasida).

Genomattnyttjadennaprincipkanmycketgodupplösningnåsivinkel-led.Omdettadessutomkombinerasmedpulskompressionkanävenmycketgodupplösningiavstånduppnås.DettainnebärsammantagetattenSARkantanästanfotolikabilderpålångaavstånd,ävenidåligtväder.VidarekanmangenomattanvändaSARmedenradarsomsänderpålågafrekvenserdetekteramålsomärdoldaivegetationochskogeftersomlångvågigaradarpulserintereflekterasavvegetationenutanträngerigenomochreflekterasavmarkenellermålenpåmarken.TidigaSAR-konstruktionervarstoraochtungautrustningarmenidag(2006)kanenSARunder10kgtillverkas.

EnSARkanvanligtvisarbetaitvåolikamoder(sefigur31pånästasida):

• Strip Map mode. Radarn söker av ett löpande område vinkelrätt ut frånflygbanan.

• Spotlight mode.Radarnfokuserarpåettmindreområdesombelysesundertidenplanetpasserar.

Strip Map mode täcker en större ytamedanSpotlight mode ger enbättreupplösning.

2.5.6 GMTI-radar

Enradarfunktion somoftakopplas sammanmedSARmen somegentligennyttjarenannanprincipärGMTI(Ground Moving Target Indication)–detek-teringavrörligamarkmål.Genomattanvändatvåolikaantenner(ellerdelauppenantennitvådelar)ochjämföradopplerskillnadernasomsammaekogeridebådaantennerna,kanradarndetekteramycketsmårörelserfrånav-lägsnamål.GMTI-funktionentäckerenstorytamengerdåligupplösningavmålen.

GenomattnyttjaGMTI-modhosenradar(oftaenSAR),kanenmycketstorytaavspanasförattdetekterarörligamål,oftastfordon.Intressantamålkandärefternoggrannareklassificerasochkanskeidentifierasmedannantypavsensorsomgerbättreupplösning.

48


Syntetisklob

Verkliglob

Verkliglob

Figur 29. Figuren visar principen för en SAR. Notera att radarn inte ser längre än den verkliga loben, som bilden antyder, utan bara ger betydligt bättre upplösning. (Källa: FM)

Figur 30. SAR-bild tagen av en ”mini-SAR” från Sandia National Labora-tories, USA. Bilden är tagen från ca 3 km avstånd i Spotlight mode. Lägg märke till skuggorna som flygplanen och träden bildar. Skuggorna är oftast det på en SAR-bild som används för att klassificera objekt. (Källa: Sandia)

Strip map Spotlight

Figur 31. Skillnaden mellan Strip Map mode och Spotlight mode. Strip Map mode täcker en större yta men ger å andra sidan sämre upplösning än Spotlight mode. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

4�

Radar

2.5.7 OTH-radar

Over the Horizon-radar(OTH)ärentypavradarsomharmöjlighetattseläng-reänvadradarhorisontenegentligenskullemedge.Dettaklarardengenomattanvändaeniradarsammanhangmycketlågfrekvens(3–30MHz)somstudsarijonosfärenochdärmednårlängreänenklassiskradar.Räckviddenblirextrem(300–3000km)mennoggrannhetenochupplösningendålig.Dennatypavradaranvändermycketstoraantennerochärdärförinteflyttbara.

2.5.8 CW-radar

Denvanligasteformenavradarärpulsradarn.Detfinnsocksåenannantypavradarsomintesänderutpulser,utansänderutenergikontinuerligt;dennakallasCW-radar(Continous Wave).Enpulsradarmäteravståndgenomatttatidfråndetattradarpulsengårivägtilldetattpulsekotkommertillbaka,menenCW-radaranvänderenannanprincipförattmätaavstånd.Vanligtvismo-dulerasdenutsändaenerginifrekvens(sefigur32),dvs.frekvensenvarierasilämpligtmönsterförattradarnskallkunnavetahurlångtidsomförflutitfrånsändningtilleko.DennatypavCW-radarkallasFMCW(Frequency Modula-ted Continuous Wave).

EnavfördelarnamedCW-radarnärattdåenergisändsutkontinuerligtbehöverintetoppeffektenvarahög,vilketisinturgördetsvårareattmedsig-nalspaningupptäckaden.Detärocksålättareattmätadoppleravvikelserhos

Figur 32. Hos en frekvensmodulerad CW-radar (FMCW-radar) varierar den utsända frekvensen med tiden och medger därmed avståndsmätning. (Källa: FHS)

Frekvens

Tid

Grund-frekvens (f0)

Fmax

Fmin

50


ekotochdärmedhastighethosmåleteftersomradarnfårettkontinuerligtekoattarbetamedochmätapå.Eftersomradarnhelatidensänderochtaremotmåstedubblaantenneranvändas,enförsändningochenförmottagning.

HosenfrekvensmoduleradCW-radar(FMCW-radar)varierardenutsändafrekvensenmedtiden,vilketmedförattradarnkanjämförafrekvenseniutsändochmottagensignal,påsåsättmätagångtidenochdärmedavståndet.

2.5.9 Bi-ochmultistatiskradar

Radarnärenaktivsensor,vilketinnebärattdenkandetekterasnärdensän-der och därigenom bli bekämpad. För att möta hotet om bekämpning kansändare och mottagare separeras. Det ger en möjlighet att placera sändarenietttillbakadragetlägesåattdenärskyddad.Mottagaren,somärpassivochdärmedinteröjersig,kanplacerasframskjutetföratttaemotradarekosignalenfrånsändaren.Finnsdetfleränenmottagarebrukarmantalaommultistatiskradar.Denframskjutnapositionenhosenellerfleraplattformarsompassivttaremotradarinformationenmedförattbekämpningavmålkangenomförastystellerattegnasystemtändsuppprecisvidskottögonblicket,vilketökarträffsan-nolikhetochöverlevnad.

Smygmålsteknik har som grundprincip att spegla bort radarstrålningenfrånenradardärbortspeglingenäroptimeradmotenmonostatiskradar,dvs.enradarsombådesänderochtaremotsignalen.Genomattutnyttjabi-statiskradarteknikdärmottagarenärgeografisktskildfrånsändaren,kanmottagarendetekteradenbortspegladeradarpulsenfrånsändarenochpåsåsättupptäckaochlåsapåmålet.Ytterligareenfördelmedbi-ellermultistatiskradarärattdenblirsvårareattstöra.Enstörsändaremåstetäckaenstörreytaföratttäckainvarmottagarnakanbefinnasigochfårdärigenomenkortareräckvidd.

Forskningochutvecklingavbi-ochmultistatiskaradarerpågår,mendetfinnsnackdelarmedteknikensåsomsvårbemästradmätgeometri,synkronise-ringsproblematikmed radarpulser ochkravpå tre fria siktsträckor, sändare-mål,mål-mottagareoch sändare-mottagare.Dettaharmedfört attdet ännuinte(2006),finnsnågraoperativasystem.

2.5.10 Radarzonrör

Zonröranvändsoftaförattutlösarobotenpårättställeochdärmedfåverkanimålet.Utmärkandeförenzonrörsradarärdenkortaräckvidden,vilketmedgeranvändandeavlågaeffekter.OftaanvändspulsradarmedhögPRFochgrin-dademottagare.Olikamoduleringsformer,t.ex.FMCW,brukarävennyttjas.Radarzonröranvändsmotluftmålochsjömål.Utvecklingengårmotnärma-re integreringavmålsökareochzonrör förattgebättremöjligheterattvälja

51

Radar

träffpunkt imålet,eftersomhuvuddelenavegenskapernaibådemålsökareochzonrörnumeraliggerföreträdesvisimjukvaran.

2.6 Utvecklingstrender

Utvecklingenavelektrisktstyrdaantennermedmultifunktionsegenskaperärtydligochkommerattdominerautvecklingenavradarerframöver.Deelek-triskt styrda multifunktionsantennerna har genom sin utformning skapatmöjligheterattkonstruerakonformaantennersomföljerplattformensgeome-tri.NästastegiutvecklingenärattdekonformaantennernaävenkantauppstrukturlasterförattpåsåsättkunnaökanyttolastenförsmåplattformarsomexempelvisUAV:er.Detsomärkostnadsdrivandevidkonstruktionavenradarärhögtoppeffekt,somintebaraökarprisetutanocksåkostnadernaförunder-håll.Dettamedförattutvecklingenpåsignalbehandlingkommerattfortsättaeftersomdenärrelativtsättbillig,ochutvecklingenkommerframföralltattskeinompulskompressionsområdetförattåstadkommalångapulsermedlåguteffekt.Strävanärattnåensålåguteffektattsignalenförsvinneribrusetochdärmedblirmycketsvårattdetekteraförradarvarnareochsignalspaningssen-sorer.MantalaroftaomLPD-radar(Low Probability of Detection).

Millimetervågsradar har fått ett ökat intresse inom den civila industrinsomexempelvisutvecklingavbilradar.Trotsdenrelativtkortaräckviddenpga.dämpningen i atmosfären så är denna typ av radar intressant då den smalaantennloben trots liten antenn ger god upplösning. Kombineras den godaupplösningenmedavanceradsignalbehandlingkanmillimetervågsradarnintebaradetekterautanävenivissafallklassificeraettmål.Högfrekventaradarerrönerstortintresseavseendemöjlighetenattseigenomväggar.Sådanaförsökhargenomförtssomvisatattprincipenfungerar.Dennatypavavbildandera-dar, somkandetekteradolda vapen eller sprängämnen,harmånga använd-ningsområdenkopplattillasymmetriskahotochstridiurbanmiljö.

InomSAR-områdetpågårenutvecklingavhögupplösandeSAR,somävenskallkunnaplaceras iensatellit irymdenmedmöjlighetattklassificeraocheventuellt identifieramål.EnSARirymdenkommerattgeglobaltäckningmedhögnoggrannhet.

53

3. Elektrooptiska sensorer

Elektrooptiskasensorernyttjarpånågotsättelektromagnetiskstrålning.Denstrålningdeelektrooptiskasensorernaanvänder,kanantingenvarareflekteradstrålningfrånandrastrålningskällorelleremitteradstrålningfrånobjektet.

Våglängdenhosdenelektromagnetiskastrålningenäravdevåglängderviidagligttalkallarljus.Ljusetkanvarasynligtförögat(våglängdermellan0,4och0,8μm)ellerosynligtförögatsåsomUltraviolettljus(0,2–0,4μm)ellerInfraröttljus(0,8–12μm).Försynligtljusärögatenutmärktsensor,menförosynligtljuskrävsgivetvisnågonannanformavsensor,t.ex.IR-kamera,förattviskallkunnauppfattadet.

Figur 33. Olika våglängdsområden som nyttjas av elektrooptiska sensorer. (Källa: FHS)

Ultravioletta UV 0,05 - 0,40 mikrometerKortvåg UV 0,20 - 0,29 mikrometerMellanvåg UV 0,29 - 0,32 mikrometerLångvåg UV 0,32 - 0,40 mikrometer

Visuella VIS 0,40 - 0,70 mikrometer

Infraröda IR 0,70 - 14,0 mikrometerNära infraröda NIR 0,70 - 2,0 mikrometerTermiskt infraröda TIR 2,0 - 14,0 mikrometer

Kortvåg TIR 2,0 - 3,0 mikrometerMellanvåg TIR 3,0 - 5,0 mikrometerLångvåg TIR 8,0 - 14,0 mikrometer

54


Generellt kan sägas att liksom en radar ökar dämpningen i atmosfären,framföralltviddåligtväder,medminskandevåglängd.Ensensorsomanvän-dersynligtljus(0,4–0,8μm)harbetydligtkortareräckviddänenIR-kamerasomanvänder8–12μm.Vidvissaförhållanden,t.ex.dimmaochrök,fungerarvisuellasensorer(synligtljus)inteallsmedanenIR-kamerafortfarandeharbraprestanda.

3.1 Emission

Allakroppar,allmateriasomärvarmareänabsolutanollpunkten,0graderKel-vineller–273graderCelsius,avgerstrålning.Juvarmarematerialetär,destomereffektochkortarevåglängdpåstrålningen.

Ifigur34framgårvidvilkavåglängderolikavarmakropparharsinmaxi-malastrålningsintensitet.Därkansärskilttresakeriakttas:

• Solensytaärca5500gradervarm.Denstrålarmestvidvåglängden0,6μm,dvs.därdetmänskligaögatärkänsligt.

• Flammorfrånraketmotorerhållerentemperaturav400grader.Destrålarmestkring4μm.

• Kropparsomhållerrumstemperatur(ca25grader)strålarmestvid10μm.

Figur 34. Strålningens våglängdsförskjutning beroende av temperaturen. (Källa: FHS)

Våglängd

Inte

nsite

t

5500 C

400 C

25 C

0.6 m 4 m 10 m

o

o

o

55

Elektrooptiska sensorer

Vidarenärviserfigur35kanvisärskiltläggamärketilltresaker:

• Mellan0,2och1,4μmfinnsetts.k.atmosfärsfönster,dvs.ettområdedäratmosfärenintedämparstrålningenspecielltmycket.

• Ytterligareettatmosfärsfönsterliggermellan3och5μm.

• Sistaatmosfärsfönstretliggermellan8och12μm.

Omvi läggersammanvåraiakttagelserfrånfigur34och35kanvikon-stateraatttrestyckenatmosfärsfönsterexisterarsomsvararmotemissionenavkropparmedtemperaturerpå5500°,400°samt20°Celsius.Slutsatservikandraavdettaär:

• Omvivillhaendetektorsomärkänsligförsolstrålning(ca5500°Celsius)skalldennavarakänsligiområdet0,4–0,8μm.Vårtmänskligaögaärkäns-ligtjustidettavåglängdsområde,vilketgördetypperligtsomsensorattseobjektsomreflekterarsolljus(seavsnitt3.2).

• Villvihaendetektorsomsert.ex.motorflammor(ca400°Celsius),skalldetektornvarakänslig i området3–5μm. IR-målsökare i jakt-och luft-värnsrobotaräroftakänsligainomdettaområde.

• Önskarviensensorsomskallkunnaurskiljavärmenfrånt.ex.människorochfordon(omkringrumstemperaturca25°Celsius),måstedenföljaktli-genvarakänsligiområdet8–12μm.

Figur 35. Atmosfärstransmissionen över ca 2 km vid marken i Sverige. Notera att vid sydligare breddgrader gör den ökade luftfuktigheten att dämpningen vid 8–12 μm ökar. (Källa: FM)

%

0

02

04

08

001

0 210176432 514131111 98

06

5,dgnälgåV m

noissimsnarT

56


3.2 Reflektion

Många elektrooptiska sensorer nyttjar även reflekterad strålning från andrastrålkällor(främstsolen).Allaobjektreflekterarstrålning.Reflektionkanskepåtvåvis.Enderaskerenspegelreflektion,dvs.omstrålningenträffarenblankytaärutfallsvinkelnlikamedinfallsvinkeln.Vanligareärdockdiffusreflektionsomskerfrånmattaytor.Detviserdagligenmedögatärvanligendiffusre-flektionfrånföremålruntomkringoss.Gradenavreflektioniolikariktningarärdockberoendeavobjektetsformochyta.Exempelpåsensorersomnyttjarreflekteradstrålningärögat,bildförstärkareochtv-kameror.

3.3 Infraröda sensorer

IRanvändsoftanågotslarvigtförattbeskrivaentypavsensor.IRärisjälvaverketbaraenbenämningpåettvåglängdsområdesomliggerstraxutanfördetsomögatärkänsligtför(ochsomviidagligttalkallarsynligt ljus).Pga.deomständighetersombeskrivsiavsnitt3.1,dåatmosfärsfönstrenäravgörandeföratterhållamilitärnyttamedIR,användsihuvudsaktreolikavåglängdsom-rådeninomIR-området:

• NIR(Near InfraRed):0,8–2μm

• MWIR(Mid WaveInfraRed):3–5μm

• LWIR(Long WaveInfraRed):8–12μm

(Observeradockattdefinitionernakan skilja sigåt,ochattgränsernaärnågotflytande.)EnoftaförekommandeakronymärocksåTIR(termiskIR)som innefattar det våglängdsområde där emission är dominerande, dvs. ca2–14μm.

InomIR-områdetarbetarenmängdolika sensorermedolika funktions-principer.Sensorer somarbetar idenövredelenav IR-områdetdetekterar ihuvudsakemitteradstrålningfrånobjekt.Dennastrålningärberoendeavob-jektetsvärme,ochdärförkallasdessasensoreriblandliteslarvigtförvärmeka-meror.Dessavärmedetekterandesensorerkanävenvarakonstrueradepåolikasätt,beroendepåanvändningsområden:

• FLIR(Forward Looking InfraRed)ellerIRV(InfraRed Vision)ärettbildal-strandesensorsystemsomkänneravvärmestrålningenfrånettobjektochpresenterarresultatetsomenbildpåendisplaypåettsådantsättattmanuppfattardet somen tv-bild.Deharofta en zoomfunktion somgör attsynfältochupplösningkanvarieras.

57


• IRST(InfraRed Search and Track)ärenIR-sensorsommanlåtersvepavar-vetruntochletaeftermålsomdensedanharförmågaattfölja.

• IRLS(InfraRed LineScanner)ärenäldretypavIR-sensorsomskannaravmarkenunderettflygplanirörelse.

• IR-målsökareaväldremodellit.ex.jaktrobotarochlv-robotarmotluftmålharendetektorsommedhjälpavolikaprincipersökersigmotdenvar-mastepunkten.Dessaärrelativtlättaattstöramedhjälpavvarmafacklor.DagensmodernaIR-målsökareär iprincipenenklareFLIR.Bildenfråndennaanvändsförattbehålla låsningenpåmåletochärsvårareattstöramedfacklor.

SjälvadetektornsomreagerarpådeninfallandeIR-strålningenkanvaraavolikatyper:

• Termiska detektorer,s.k.bolometrar,sommäterdentemperaturskillnadsomdeninfallandestrålningengerupphovtill.Dessasensoreräroftastavenk-larekaraktärochdärmedbilligare.Deäroftastokyldaochanvändsitill-lämpningardärviktochprisprioriterasframförspetsprestanda.Exempelpåsystemdärtermiskadetektoreranvändsärhandburnasystempåsoldat-ellergruppnivå.

• Fotondetektorer(ellerkvantdetektorer)sommäterdetinfallandeljusetmedhjälpavhalvledare.Energinidetinfallandeljusetpåverkardenelektriskaledningsförmågan i detektormaterialet och på så vis kan den infallandestrålningenmätas.Fotondetektorerärbetydligtsnabbareäntermiska,menärberoendeavkylningförattnåoptimalaprestanda.Fotondetektoreran-vändsdärförilitetyngreochdyraresystemdärhögaprestandaprioriterasframförviktochpris.Exempelpåanvändningsområdenärsiktenochdy-rarekameror.

AttbyggadetektorersomärkänsligaförIR-strålningär,oavsettomtermis-kaellerfotondetektoreravses,betydligtmerkompliceratochdärmeddyrareändetektorersomreagerarpåsynligtljus.Prestandamellanindividuelladetekto-relementvarieraderelativtmycketitidigaresystemberoendepåofullkomlig-heteritillverkningen,varförIR-kamerormedenendadetektorellerenradavdetektorer,konstrueradesochmedhjälpavspeglarochprismorsveptesöverdenytasomavsågsavspanas.DessaspeglarochprismorgjordetidigareIR-sys-temklumpigaochdyraattunderhålla.Påsenaretidharmandocklyckatskon-struerasåkalladedetektormosaiker,dvs.ettflertaldetektorerpåsammaplatta,vilketinnebärattmanintelängrebehöverspeglarochprismorförattavspanaettområde.Dessadetektorerkallasbl.a.”stirrandearrayer”(sefigur36).

58


IochmedattIR-sensorerdetekteraremitteradstrålningärdeheltoberoen-deavyttreljus.Snararefungerardebättrepånattendåomgivningenärsvalareochdetdärmedskapasstörrekontrastermellanvarmamålochkallbakgrund.

TIR-sensorerärmindrekänsliga förpartiklar i luftenochdärmeddåligtväderänsensorersomarbetarmedsynligtljus.Detkanintepåståsattdeharallväderskapacitet,mendeärideallraflestafallmindrekänsligafördåligtvä-derocht.ex.rökänsensorerinomdetsynligaområdet,tackvareattdeliggerinomettintervallmedlängrevåglängder.

• Målsökare

ModernaIR-målsökarepåminnertillkonstruktionenomenenkelFLIR.Medhjälpavbildbehandlingavmålsökarbildenstyrsrobotenmotmålet.(Merommålsökarefinnsivolymnr.4,Verkan och skydd,idennabokserie.)

Figur 36. Enstaka detektor, raddetektor och stirrande detektor. (Källa: FHS)

Figur 37. Målsökaren i den Israeliska jaktroboten Python 5 har en stirrande IR-sensor med 128 x 128 upplösning. I kombination med effektiv bildbe-handling är denna generation av robotar mycket svåra att störa med konventionella metoder såsom exempelvis facklor. (Källa: Rafael Industries)

5�


3.3.1 MultispektralaochhyperspektralaIR-sensorer

NärdetgällerdetektionavemitteradIR-strålning(oftast3–5eller8–12μm)räckerdetfördetmestaattmätadentotalastrålningeninomvåglängdsområ-detförattuppnåacceptablaprestandapåsensorn.IblandkandetdockvarafördelaktigtattmätaIR-strålningeninomenmängdsmalavåglängdsområdenmedens.k.multispektralIR-sensor.Orsakentilldettaärattolikaobjektre-flekterarolikamycketinomolikavåglängdsområden,sågenomattt.ex.mätasolensreflekteradeIR-strålningfrånmarkenmedhjälpavensatellitsomharenmultispektralIR-sensorkanmanbestämmaexakthurmarkenserut,vilkentypav jordellervegetationsomfinnsvarosv.Eftersomdet sommätsär re-flekteradsolstrålningsåliggersensorernaskänslighetsområdevanligenmellan0,8–2μm.Gränsenmellanmultispektralochhyperspektralbrukarangessomattenmultispektralsensormäterfärreän100smalavåglängdsområdenmedanhyperspektralamäterflerän100.

Deförstatillämpningarnaförmulti-ochhyperspektralasensorervarrentcivila,menmankanlätttänkasigmilitäratillämpningarsom:

• Detekteraföremålsomärmaskerade

• Detektera områden där minor eller improviserade bomber nyligen hargrävtsned

3.4 Bildförstärkare

Ordet”bildförstärkare”ärendirektöversättningavengelskansImage Intensifier.Isjälvaverketförstärkerbildförstärkarenintebildenutansnararedetbefintligaljuset.Bildförstärkaresamlarindetbefintligareflekteradeljuset,förstärkerdetochprojicerardetslutligenpåendisplayibildförstärkaren.

TillskillnadfrånIR-sensorerärbildförstärkarenberoendeavattdetfinnsnågonformavyttreljuskälla,t.ex.mån-ochstjärnljusellerströljusfrånom-kringliggandebebyggelse.Vissamodellerharävenenextralitenljuskällaförattkunnaanvändasitotaltmörker,t.ex.inomhusellerigrottor.

Ifigur38sesenprincipbildförbildförstärkare.Denbeståravettobjektivsomsamlarinellerfokuserarljusetpåenfotokatod.Fotokatodensuppgiftäratt göra om det infallande ljuset till elektrisk ström (elektroner) som sedanförstärksibildförstärkarröret.Efterbildförstärkarröretomvandlaselektronernaåter till ljus via fosforplattan.Tack vare att elektronerna förstärktes (till an-taloch/ellerhastighet) ibildförstärkarröretåstadkomsen ljusförstärkningavstorleksordningen60000ggr.Efterattljusetlämnatfosforplattanpasserardetgenomettokularsomanpassarljusettillögat.

60


I tidigabildförstärkare, generation1 från1960-talet, accelereras elektro-nernaibildförstärkarröretgenomspänningsskillnader.Närelektronernasedanifosforplattanomvandlastillljusuppnåsenljusförstärkninggentemotdetin-fallande ljuset.Dockuppnås inte en tillräcklig ljusförstärkningmedett för-stärkarrör,vilketinnebärattflerabildförstärkarrörmåsteseriekopplas(sefigur39)förattuppnåtillräckligljusförstärkning.Dettainnebarisinturattförstagenerationensbildförstärkareblevstoraochtunga,krävdemycketeffektiformavbatteriersamtfickrelativtdåligaprestandabl.a.pga.brus.

I andra, tredje och tredjeplus generationens bildförstärkare används enmikrokanalplattaförljusförstärkningen.Somhörspånamnetärdettaenplattamedenmängdkanalermedmycket litendiameter (8–45μm).Precis somiförsta generationens bildförstärkare, finns här en fotokatod som omvandlardetinfallandeljusettillelektroner.Elektronernaledssedaninihålenimik-rokanalplattan.Där slårde lossfleraelektroner frånmikrokanalernasväggar(sefigur40)vilket innebärattenelektron imikrokanalengenererarenstormängd(tiotusentals)ut frånmikrokanalen.Dessa träffarsedanfosforplattanochomvandlasdärigenomtillljus.Meddennaprincipkanljusförstärkningpå50000–100000gångeruppnåsmedettendabildförstärkarrör.Dettainnebär

Figur 38. Principiell uppbyggnad av bildförstärkare. (Källa: FM, Illustration: Samuel Svärd)

Objektiv

Objekt

OkularFosfor

BildförstärkarrörFotokatod

Figur 39. Tre seriekopplade bildförstärkarrör i första generationens bildförstärkare. (Källa: FM, Illustration: Samuel Svärd)

Fotokatod Fosforplatta Fiberoptik

61


attgeneration2–3+kangörasbetydligtmindre, lättareochströmsnålareändenförstagenerationensbildförstärkare.

Beskrivningavgenerationernaskarakteristik:

• Generation 1:Tunga,otympligaochströmkrävande.Gergrynigbildochärkänsligaförstarktljus.

• Generation 2:Betydligtmindre, lättareochmindreströmkrävandeänge-neration1.Fungerarbäst imånljus.Denharsämrevinkelupplösningängeneration1,meniövrigtgenerelltbättreprestanda.

• Generation 3:Nyfotokatodsomärmerljuskänsligänigeneration2,vilketgergeneration3bättreprestandaidåligaljusförhållandensomt.ex.stjärn-ljus.Räckviddenviddessalågaljusnivåerärca50%bättreänhosenmot-svarandegeneration2-bildförstärkare.Fortfarandeärdockbildförstärkarenkänsligförbländningfrånstarkaljuskällor.

• Generation 3+: Bl.a. har förstärkningsreglering tillförts på bildförstärkar-röret,vilketgörattbildförstärkaren inte längreriskerarattbländasutavstarkaljuskällor.Dettamedgeravsevärtmycketbättremöjlighetattnyttjadeniurbanmiljödärljuskällorriskerarattbländauttidigaregenerationeravbildförstärkare.

Deallramodernastebildförstärkarnahargodvinkelupplösning.Trotsdetgårdetinteattjämföramedettobeväpnatögasprestandaundergodaljusför-

Figur 40. Mikrokanalplattan som finns i bildförstärkare av generation 2–4. (Källa: FMV)

Tjocklek≈ 0,25–0,5 mm

Antal kanaler (=hål)fler än 1 miljon

Hålens diametermellan 3–15 µm

MCPMicro Channel Plate

+V

e-

Ø = 3–15 µm

L ≈ 45 • Ø

62


hållandendåbildförstärkarenbl.a. inteöverför färger.Dessutomärsynfältetrelativtsmalt(ca40˚)vilketinnebärattdetperiferaseendet,somärenviktigdelförattskapaomvärldsuppfattning,uteblir.Dettainnebärisinturstorabe-gränsningarföranvändandetävendåvinkelupplösningenraktframärrelativtgod.Problemetärsåstortattmanivissafall(idagslägetfrämstflygtillämp-ningar)konstrueratbildförstärkaremedfyrabildförstärkarrörisyfteattbreddasynfältet.Givetvisinnebärdettasåvälvikt-somprisökningar.

Detfinnsmångavarianteravbildförstärkareberoendepådessanvändnings-områden.Detsomärdyrtpåenbildförstärkareärframföralltsjälvabildför-stärkarröret.Detinnebärattdärstereoseendeinteärettabsolutkravanvändsoftabaraettbildförstärkarröriställetförtvå.

Detärinteheltsjälvklarthurbildförstärkarenskallnyttjas.Förfotsoldatensomframryckerellerpatrullerarimörkerfinnsdetenmängdsakeratttahän-syntill.OmenNVG(Night Vision Goggles)somtäckerbådaögonenanvänds,tardet lång tidatt få tillbakamörkerseendetnärNVGväl tasav.Ettannatalternativärattanvändaens.k.monogoggleöverenaögatochlåtadetandraögatanpassasigtillmörkret.Dethardockvisatsigattdettaförfarandeäran-strängandeförögonenochhjärnanochattvissamänniskorintekananvändadennametodöverhuvudtaget.Ytterligarealternativäratthaenlösmonogoggleellerettvapensikte,ihuvudsaknyttjaögonensmörkerseendeochbaraanvändabildförstärkarenibland.Vilkenmetodsomanvändsberorgivetvispåtillgängligutrustningochsituationeniövrigt.

Sammanfattningsviskankonstaterasattenbildförstärkareharenstorför-delnärdetärmörktochbildensompresenterasärlättolkadfördenmänskligahjärnan,dådenär likdetvi ser idagsljus.Men inte ens envälövad soldat,utrustadmedenmodernbildförstärkare,kanutförasammaarbetesomunderfulltdagsljus.

3.5 Mörkeranpassning

Harmankunskapomhurenbildförstärkarefungerarkanmangivetvisocksåanpassasigförattundgåupptäcktavenmotståndaresomärutrustadmedensådanutrustning.Dåbildförstärkarenförstärkerbefintligt ljusgällerdet, förattundgåupptäckt,attavgesåliteljussommöjligtinomdesskänslighetsom-råde.Ävenljussomförögatärknapptmärkbartkanförbildförstärkarenvaramyckettydligt(sefigur41).

Enannanaspektpåmörkeranpassningavmaterielärvilkenegenskapfär-gendenärmåladmedhar.Idenövredelenavbildförstärkarenskänslighets-område(NIR-området)ärreflektansenfrånväxtlighetheltolikaändenäridetsynligaområdet.Somframgåravfigur42blirkontrastenmellanvanligfärgochvegetationmycketstoriNIR-området.Dettainnebärattmaterielmåste

63


Figur 41. En stridsvagn före och efter en ur signatursynvinkel lyckad mörkeranpassning, betraktad med bildförstärkare från 70 m avstånd. (Källa: FMV)

Figur 42. Olika reflektans på fordon och vegetation inom olika våglängdsområden (NIR-området och visuella området). (Källa: FMV)

FMV

:PR

OV

FMV

:PR

OV

Grön färg mot vegetation

NIR-reflekterandefärg mot vegetation

Reflektans:Bakgrund 20%Fordon 15%




Visuellt NIR

Figur 43. Instrumentpanelen i en helikopter sedd genom bildförstärkare. I det vänstra exemplet bländar instrumentbelysningen NVG-utrustningen och omöjliggör flygande. I det högra exemplet har en framgångs-rik NVG-anpassning av instrumentbelysningen gjorts. (Källa: FMV)

64


målasienspeciellIR-reflekterandefärgförattintekontrastenmotväxtlighetiNIR-områdetskallblisåstorattdenlättupptäcksmedbildförstärkare.

3.5.1 AnpassningavförarutrymmenförNVG-användning

Mångagångerkandet varaönskvärt att kunna framföra fordonmedNVGundermörker.Ettproblemsomdåoftauppstår(omintefarkostenfrånbörjanäranpassadfördet)ärattNVG-utrustningenlättblirbländadavinstrument-belysningen(sefigur43).

För att möjliggöra flygning med NVG anpassas instrumentbelysningensåattdenbarastrålar idennedredelenavdetvisuellaområdet(blått),ochpåNVGsättsettfiltervilketgördenokänsligförjustdetvåglängdsområdet.Härigenomkanpilotenmedsinabaraögon(genomatttittaunderNVG)seinstrumentbelysningen, och se genom NVG ut i mörka natten utan att blibländadavbelysningen.

3.6 Jämförelse NVG–IR

Vadäregentligenskillnadenmellanenbildförstärkare (NVG)ochenIR-ka-mera(FLIR)?Egentligenär skillnaden inteså stormedtankepåattdebådaärpassivaochdetekterarelektromagnetiskstrålning.Samtidigtärskillnadernastoramedtankepåattenbildförstärkaredetekterarreflekteratljusochförstär-kerdet,medanenIR-kameradetekteraremitteradegenstrålningfrånobjekt.Ibokenförklarasdethurdefungerar,menhärskallvitittapåvilkaskillnaderdeolikafunktionsprincipernainnebär.Tabellenpåmotståendesidaärettförsökattvisapåskillnaderföranvändaren.Observeradockattdenärnågottrubbig.

3.7 Lågljus-TV

OftakanettbehovfinnasavettTV-systemmedbättremörkerprestanda.DessakallasmedettsamlingsnamnförLågljus-TV.Detfinnsmångaolikaprinciperfördetta,mengemensamtärattmanpånågotsättskaparenljusstarkTV-kameraochsedanöverförbildentillenmonitorellerspelarindenpånågotlagringsmedi-um.Sättetattskapaljusstarkkameraärflera;deharallafördelarochnackdelar:

• Ökadslutartid,dvs.iställetförattta25–50bilder/starmanendastettparbilderisekunden.Iochmeddettakanmanökaslutartidenochpåsåsättgörakameranmerljuskänslig.

• Kombinerakameranmedettbildförstärkarrör.

• Görasjälvadetektorn(CCD-detektorn)merljuskänsliggenomatttunnautdenellerbelysadenbakifrån.

65


”Bildkvalitet”: Bra Dålig Ingen

Omständighet/förmåga IR NVG Anmärkning

Dag Går ej

Natt – månljus

Natt – stjärnljus

Natt – mulet

Totalt mörker (inom-hus eller grottor)

Totalt mörker kan hos NVG kompenseras med en aktiv IR-lampa. Detta medför givetvis dock ökad röjningsrisk.

Regn Förutom att dämpa IR-strålning kyler även regnet ner varma objekt och minskar där-med kontrasten mellan mål och bakgrund.

Rök Vanlig rök dämpar knappt IR-strålning. Speciell IR-dämpande rök med stora partiklar dämpar dock kraftigt.

Damm

Dimma Bildförstärkaren påverkas av dimma i samma utsträckning som visuell sikt.

Bärbart av fotsoldat Högpresterande (kylda) IR-system är tunga. Ickekylda system går att få ner i vikt och storlek så de kan bäras i t.ex. hjälmmontage.

Kompatibelt med laserpekare

Ser genom fönster, prismor och huvar

IR-strålningen dämpas helt ut av vanligt glas. Linser för IR-utrustningar består vanligtvis av germanium (som dämpar synligt ljus).

Tål stadsbelysning och annat ströljus

Bildförstärkaren kan bländas kraftigt, även av mindre starka ljuskällor.

Klarar låg termisk kontrast

66


3.8 Aktiva elektrooptiska sensorer

Enaktivsensordetekterardenreflekteradestrålningenfrånenegenbelysare.Härbestårbelysarenvanligenavenlasermenfungerariövrigtenligtsammaprincipsomenradar.Tackvareattenlaserstråleärbetydligtsmalareänvadenradarlobkangörasblirupplösningenbetydligtbättreänhosenradar.Dengodaupplösningenskerdockpåbekostnadavyttäckningen.Dämpningeniatmos-färenärävenhögre,vilketgörattenaktivsensorbaseradpålasergenerelltharkortareräckviddänenradarsensor.

3.9 Ultravioletta sensorer

UltraviolettaellerUV-sensorerarbetar,somhörspånamnet,idenultraviolettadelenavdetelektromagnetiskaspektrat.Detliggerstraxnedanfördetsynligaområdet,ochultraviolettljusharenvåglängdsomäraningenkortareänsyn-ligt ljus. Det ur sensorsynvinkel intressantaste området inom UV-bandet är220–280nm(0,22–0,28μm).Anledningentilldettaäratttackvareozonlagretdämpassolstrålningeninomdettavåglängdsområdeuthelt,dvs.områdetärheltmörkt(s.k.solblindaområdet).Förattenkroppskallemitteraegenstrålninginomdettaområdemåstedendessutomvaramyckethet,ca1700graderellervarmare.Dettasammantagetinnebärattdetunderozonlagretfinnsmycketfåstrålningskällorinomdetsolblindaområdet,ochdekällorsomfinnsärmycketheta;däravdetmilitäraintressetförområdet.Genomattanvändasensorersomarbetaridetsolblindaområdetfinnsalltsågodamöjligheterattdetekterat.ex.raketmotorflammor, explosioner, mynningsflammor m.m., med relativt litenriskförfalsklarm,vilketoftaannarsärfalletmedt.ex.IR-sensorer.

EnvanligtillämpningförUV-sensorerärsomrobotskottsvarnare,dvs.entypavvarnaresomskallvarnaoch/ellersättainmotmedel,omplattformendensitterpåhotasavnågonformavmissil.EnnackdelmedUV-sensornidettafallärattdenbarakandetekteradenankommandemissilensålängeraketmotornbrinner.DärförkombinerasoftaUV-sensornmedenIR-sensorförattkunnafortsättaföljamissilenävenefterdetattmotornharbrunnitut.

3.10 Utvecklingstrender

NVG nyttjar reflekterad strålning och IR nyttjar emitterad strålning för attalstrabilder.Dessasystemharbådeför-ochnackdelarsomomdekundekom-bineras,enmultisensor,skullestärkafördelarnaochreducerarespektivenack-del.Entydligutvecklingäratttillverkareförsökerfusioneradetvåsensorernasbilderdigitaltpixelförpixelsåattanvändarenfårendastenbildmenattdeninnehållerinformationfrånbäggesensorerna.

67


3.11 Upplösningsbegreppet

Upplösningdefinierassomförmåganattåtskiljatvånärbelägnaobjekt.Upp-lösningärettvanligtförekommandebegreppisensorsammanhang.Menvadinnebäregentligenupplösning?Närdetgällerbildalstrandesensorersåsomka-meror,IR-kamerorm.m.såkanupplösningmycketförenklatsägasvarapixel-storlekenpåenTV,dataskärmellerettvanligtfoto.Ommansägerattfototharenmetersupplösningsåinnebärdetsålundaattvarjepixelpåfototmotsvararstorleken1x1meter.Figur44visarettexempelpåolikastorupplösning.

Menvadinnebärupplösningsbegreppetipraktiken?Under1950-taletgenom-fördesiUSAundersökningarmedettstortantalförsökspersonerförattutrönavilkenupplösningsomkrävdesförattkunnaupptäcka,klassificeraochidentifieraolikamåltyper.Resultatetframgåravtabellenifigur45.Observeraattantaletbe-hövdapixlarräknasefterobjektetsminstadimension,dvs.oftasthöjden.

Upplösningärgivetvisocksåkopplattillavståndettillmålet.OmmanmedenIR-kamerahar2pixlarövermåletsminstadimension(tillräckligtförupp-täckt)på5kmavståndmåstemannertill600metersavståndtillmåletföratt

Figur 44. Foto med olika upplösning över en parkeringsplats. (Källa: Sandia)

Figur 45. Figuren visar det antal pixlar som behövs för att med 50 % sannolikhet kunna upptäcka, klassificera och identifiera olika måltyper baserat på det sk Johnsonkriteriet. Stridsvagnen i exemplet ovan har i sin minsta dimension (höjden) 5 pixlar vilket enligt tabellen gott och väl räcker för upptäckt men ej klassificering. (Källa: FHS)

5 pi

xlar

Måltyp Antal pixlar över minsta dimension

Vy från sidan Upptäckt Klassificering Identifiering

LastbilStridsvagnJeep

1,81,52,4

978,6

161211

68


få16pixlarövermålet(somkrävsföridentifiering).Alternativettilldettaärattnyttjaenoptiskzoommed8gångersförstoring(somökarantaletpixlarpåmåletfrån2till16st).

Enannanfaktormedstorpåverkanpåupptäckts-,klassificerings-ochiden-tifieringsavstånd är kontrastenmellanmål ochbakgrund.Enökadkontrastminskaravståndensombehövsochviceversa.

3.12 Elektrooptiska systems prestanda

Genomattbetraktalinsenellerutblicksfönstretsstorlekhosettelektrooptisktsystem,t.ex.ettrobotsikte,kanmanberäknadessungefärligaprestandavadavserräckviddförklassificeringochidentifieringmotetttypmål(somt.ex.enstridsvagn).

Genomfastaoptiskalagarsätteraperturens(optikens)storlekgränserförvilkenmaximalupplösningsomkanuppnås.Genomattävenvetavilkenunge-färligvåglängdsystemetnyttjarochvilketantalpixlarsombehövsöverettmålförklassificering respektive identifiering (se3.11),kan systemetsungefärligaprestandaräknasut.

Grafenvisarexempelpåtreelektrooptiskasystemsungefärligaräckvidderförklassificeringrespektiveidentifieringavettstridsfordon(höjdca2,5m).

Figur 46. Graf utvisande olika elektrooptiska systems ungefärliga prestanda. (Källa: FHS)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Räckvidd för klassificering samt identifiering av mål (km)

Aper

turs

torle

k(m

)

FLIR 8-12, Klassificering

FLIR 8-12, Identifiering

FLIR 3-5, Klassificering

FLIR 3-5, Identifiering

TV VIS, Klassificering

TV VIS, Identifiering

6�


Exempel: EttrobotsiktesomanvänderTermiskIR(8–12μm)medenaper-turstorlekomca20cm(ettrimligtvärdeomsystemetskallkunnabäras)kanidentifieraenstridsvagnpåca3,2kmavstånd.

GivetvisärdetflerparametrarsompåverkarettEO-systemsprestandaänbaraaperturensstorlek,menoftastärprestandapåolikaparametrarisystemetmatchat, vilket innebär att en god uppskattning av prestanda kan göras pådettasätt.

71

4. Akustiska och seismiska sensorer

4.1 Akustiska sensorer

Akustiskasensorerharalltidspelatenrollikrigföring.Eftersynenärhörselndetviktigastesinnetförattkunnaupptäckaochkännaigenmål.Allteftersomvapenräckvidderharökat,harhörselnsbetydelsesomsensorminskat.Mångaförsökhardockgjortsförattmedtekniskahjälpmedelåterkunnanyttjaakus-tiksomhjälpmedelikrigföring.Specielltmeddigitalteknikensframstegfinnsgodamöjligheterattåterkunnanyttjaakustikmedgodeffektikrigföringen.

Förattmedenantennnåengodriktverkan(mindreänengrad)medensensor,sägerengrovtumregelattantennenskallvara60gångerstörreänvåg-längden.Defrekvenserviärintresseradeavidessasammanhangliggermellan2och1000Hzvilketinnebärvåglängdermellan30cmoch170m.Enantennsomskullevara60gånger störreänvåglängdenskulle såledesblimeränenkilometerlång,vilketgivetvisblirpraktisktomöjligt.

Ommanönskaravgörariktningentillettmålmedenakustisksensorfårmaniställetbyggaettsåkallatsensorkluster,dvs.enmängdsensorer(mikrofo-ner)somärutspriddaefterettmönster,oftaenlinje(sefigur47).Förattnåenacceptabelochanvändningsbarvinkelupplösningbehöverdessaklustervaraistorleksordningen0,5–4meterlånga.

Förutomattkunnaavgörariktningentillenljudkällakanenakustisksen-sorikombinationmedettljudbibliotekocksåklassificeraelleridentifieraljud-källor.Genomattmätat.ex.motorljudochannatljudfrånfordonochsedanjämföramotsittljudbibliotek,kansensornmedrelativtstorsäkerhetfastställatypavfordonochkanskeävendessungefärligahastighet.

Denstorafördelenmedakustiskasensorerärattdeärheltljusoberoende,samtattdeärpassiva.Därutöverärderelativtsmåochbilliga.

72


Nackdelarärderas förhållandeviskorta räckvidd,under10km, samtattderaskänslighetnedgåribullrigamiljöersåsomoftaärfalletpåslagfältet.Star-kavindarochannatväderpåverkarocksåprestandanegativt.Dåsensorernadetekterarljudsomfortplantarsigmed340m/s,lämpardesiginteförmon-teringpåsnabbafarkosterellerfördetektionavandrasnabbamål(snabbareän150m/s),vilketbegränsarantaletintressantatillämpningar.

4.2 Seismiska sensorer

Seismiskasensorerregistrerarmekaniskavågoriframföralltmarken,menärävenanvändbarförtillämpningarundervattnet.Isambandmeddentekniskautvecklingenattkunnaknyta ihopflerasensorer iettnätverk,harseismiskasensorerblivitintressantaattanvändapåmarkarenan.Attövervakaenviktigpunktigeografinsomt.ex.ettvägavsnittärentillämpningdärseismiskasen-sorertillsammansmedakustiskakananvändasochkopplasihopiettnätverk.Ettantalavsådanasensornätverkkanplacerasutiettområdeochrespektivenätverkkankommuniceramedencentralsomsammanställerinformationenöverområdet.Detsomgördenseismiskasensornintressantattanvändaärattdenärpassivochkanbevakaområdetdygnetrunt.

Närföremålochmänniskorrörsigskapardevibrationersomfortplantasimarken,vilkadetekterasavsensorn.Sensornkanävenlokaliseravarifrånvi-brationenkommer,mendåkrävsdetfleränensensorvilkaärplaceradepåett

Figur 47. Genom att mäta skillnaden för ljudvågens ankomsttid mellan mikrofonerna A, B och C kan vinkeln α (riktningen till ljudkällan) räknas ut. (Källa: FHS)

CA B

Ljudk

älla

Ljudvåg

α

Minst 0,5 m

73

Akustiska och seismiska sensorer

sådantsättatt riktningsbestämningkangöras.Placeras sensorernapåenradfinnsförutsättningförriktningsbestämning.Ivissafallärdetocksåmöjligtattklassificeramålet.Klassificeringkräverenmerkomplexsensor,därnågonformavsignaturbibliotekfinnsförattjämföravibrationsmönstretförjustdentypavmarksomsensornbefinnersigpå.

Syftetmedenseismisksensorärattupptäckavibrationerimarken.Detek-tornsuppgiftäratturskiljaomsignalenendastärbakgrundsbruselleromdetärettmålsomgerupphovtillsignalen.Detärsvårtattsättatröskelvärdenfördetekteringkontrafalsklarmmedseismiskasensorer.Ettsättärattmätaener-giinnehålletisignalenöverenkortareochenlängreperiodochsedanberäknakvotenmellandetvåmätningarna.Dåkvotenblirhög,görsendetektionochsystemetkangåvidareförattgöraenlokaliseringavsignalen.Förattgenom-föraennoggrann lokaliseringaven signalkrävsminst tre sensorermedvissgeografiskspridning.Antasvågenkommainsomenplanvågkanenradavsensorerberäknainfallsvinkeln.Enradavsensorergerenbranoggrannhetvidövervakningavettlokaltområde.

Vidklassificeringavgörsvilkentypavkällasomgettupphovtilldetektio-nen.Vid klassificering av fordon jämförs den inkomna signalen med redantidigareklassificeradesignalerfrånkändakällorinomsammaområde.

Förövervakningavettområdekanolikatyperavseismiskasensoreranvän-das.Förmindreområdensomt.ex.ettvägavsnittanvändsgeofonerochelleraccelerometrar.Dennatypavsensoreräreffektivapåkortaavståndochskaparenmöjlighettilldetektion,lokaliseringochävenklassificering.

Geofonenbeståravenmassasomärupphängdienfjäderomgivenavenspole.Vidvibrationerrörsigmarkenmenmassansrörelsekommerskelitese-narepågrundavfjädernströghet.Denrelativarörelsenmellanmassaochspoleskaparenströmispolensomärproportionellmotvibrationen.Geofonenkanplacerasimarkenvarsomhelstochmätermarkrörelsenuttrycktihastighet.

Enannantypavsensorärenaccelerometervilkenmäterhurmarkenrörsiguttrycktimarkacceleration,dvs.hurmycketmarkenaccelererarförensignalfrånt.ex.ettfordon.Oftastanvändermanenpiezoelektriskaccelerometer.Vidmarkvibrationer trycks kristallen i accelerometern ihopoch avger en ström.Strömmenärproportionellmotmarkaccelerationen.

75

5. Kemiska sensorer

Kemiskasensorerharbetydelseinommilitäraochcivilatillämpningarsomt.ex.polisochtull.Militärtärutvecklingenavkemiskasensorsysteminriktadmotattbl.a.kunnahittaminor.Andraintressantamilitäraområdenärmöjlighetenattkunnaspårasprängämnenochattkunnavarnaförkemiskastridsgaser.

Enkemisksensordetekterarselektivtenellerfleramolekylerit.ex.engasellergasblandning.Molekylernagerupphovtillenkemiskreaktionsompå-verkarenmätbarfysikaliskparameterisensorn.Oftastanvändsdetektorma-terial i sensorndärmankanmäta förändringar i ledningsförmåganellerdärmassförändringardetekteras, som ipiezoelektriskamaterial.Sensornär i sinturkopplad till någon typ av givaredärdenkemiska förändringenöverförstillkvantitativutsignalsomt.ex.enelektriskutsignalsomkanomvandlasochsignalbehandlas.

Enundergruppavkemiskasensorerärbiosensorer,vilkaärbaseradepåbio-logiskaigenkänningselement.Deharoftagodkänslighetochselektivitetmenharnackdelenatthållbarheteninteärsågoddådebeståravenzymerochandramikroorganismersomlättdöromomgivningeninteärgynnsam.

Förattfåinformationomenlukt,vilkenoftabeståravmångaolikamoleky-ler,användsenuppsättningbeståendeavmångaolikasensorer.Enelektronisknäsaharmänniskansluktsinnesominspirationochäruppbyggdkringettantalolikagaskänsligasensorersomtillsammanskanskiljapåolikalukter.Enelek-tronisknäsamåsteprecissommänniskansnäsatränastillattkännaigenolikalukter.Närsensorernakommerikontaktmedengasblandninggenererasettspecielltsignalmönstersomlärsinochutgörfacitnästagångsensornutsättsförsammalukt.Sammanfattningsviskandetliteförenklatkonstaterasattkemiskasensorerbehövernågonformavbiblioteksliknandestödförverksamheten.

77

6. Laser

6.1 Inledning

Den första fungerande lasern konstruerades i början av 60-talet.Teorin varkändsedantidigare,bl.a.hadeEinsteinberörtden,menmanhadealdriglyck-atskonstrueraenlaser.

Enaktivelektro-optisksensor(EO-sensor)beståravensändare,vanligtvisenlaser,ochenmottagaresommäterdeninkommandereflekteradeenerginfrånettobjekt.Principenärdensammasomhosenradarfastmedannanvåg-längd,dvs.mansänderutenpulssomreflekterasimåletochsomtasemotienmottagare.Genomattmätapulsensgångtidfårmanutavståndet.

Laserbaseradesensorerkanröjaanvändaren,varfördetärviktigtattmini-merariskenförupptäckt.Medolikametoderkanriskenreducerassåattför-delenvidanvändandetavlasersystemklartövervägernackdelenochdåsärskiltundermörker.Initialtanvändeslasernprimärtföravståndsmätning.Dentek-niskautvecklingenmedfördeattdenävenbörjadeanvändasförmålinvisningochledstrålebelysningförrobotarochglidbomber.

Detstoraintressetsompåsenaretiduppståttförlasersystemärintebarapga.att teknikenmognat,utanärocksåkopplattillutvecklingenavproces-sorkraftförbl.a.signalbehandling,somidagävenfinnsimindredatorer.Dettaharmedfört attfler användningsområden för lasersystem somär intressantaförmilitärtillämpningharellerärpåvägattrealiseras.Ettexempelärlaser-radarn sommed singodaupplösningkangenerera en tredimensionell bild.Ettannatexempelärnavigering,styrningavUAV.Genomattutnyttjaolikatyperavlasermaterialochvåglängdskonverterarekanstoradelaravdetoptiskavåglängdsområdetutnyttjas.

78


Lasersystemharettantalintressantaförmågorvilkaärsvåraattuppnåmedpassivteknik.Dekanavbildaobjektmedcentimeterupplösning,ochdetekteraundervatten,turbulensochgenomvegetationmedsärskildtekniksomtasuppiavsnitt6.3.Deärdockmindrelämpligaattutnyttjaförövervakningavstoraytordålobenärsmalochröjningsriskenalltidföreligger.

6.2 Skydd mot laser

Behovetavattskyddasigmotlaserstrålningäriförstahandkopplattillmot-ståndarens(fiendens)lasersystem.Egnalasersystemärlättaredåmanharkun-skapomvåglängd,energim.m.;dessaberörsintevidareidennabok.

Detfinnsmångaolikametoderförattskyddasigmotlaser.Ettstruktureratsättattdelaindemäritekniskarespektivetaktiskaskydd(sefigur48).

Dettekniskaskyddetdelasinistatiska,styrdaochsjälvaktiverandeskydd.Statiska skyddändras inteöver tidensomt.ex. fastafilter.Ettannat statisktskyddärindirektobservation,t.ex.viaTV,därskyddsegenskapernalåsesvidkonstruktionen.

Styrdaskyddkanmedenstyrsignaländrasinaoptiskaegenskaper.Styrsig-nalenkanvaraantingenmanuellellerautomatiskochaktiverardåenslutareellerettavstämbartfilter.Ettexempelpåenautomatiskstyrningärenlaservar-naresomaktiverarenslutareellerettavstämbartfilter.Ettproblemmedstyrdaskyddärreaktionstiden.Imilitäratillämpningaranvändsoftalasersystemsomharmycketkortapulsermedhögenergi.Följdenblirattsensornellerögathin-nerskadasinnandetstyrbaralaserskyddethinnerreagera.

Självaktiverandeskyddförändrarsinaoptiskaegenskaperautomatisktutanpåverkanfrånstyrsignaler;detärdetinfallandelaserljusetsomaktiverarskyd-det.Självaktiverandematerialärmycketkomplexa(ickelinjära)ochkanendastskydda mot skada, inte störning. Forskning pågår för att finna de materialsomklarardehögtställdakraven.Detärintekäntomsjälvaktiverandeskyddanvändsoperativtidag.

StatiskaFasta filter

Indirekt observation

StyrdaSlutare

Avstämbara filter

SjälvaktiverandeOptiska begränsareOptiska säkringar

Tekniska Taktiska/stridstekniskaOptisk disciplin

Vilseledning

Skydd mot laserUpptäckt och verkan

Figur 48. Indelning av skydd mot laser. (Källa: FHS)

7�

Laser

Taktiska skyddsmetoder är avmerklassisknatur;detgäller att förstochfrämstintebliupptäcktgenomatthagoddisciplinatt inteexponeraoptiskutrustning.Vilseledningärocksåengångbartaktik.

6.3 Tillämpningar

Områdensomäravintresseförmilitäratillämpningarökarständigt,framföralltpåtaktiskochstridsteknisknivå,allteftersomlasersystemenblirmindre,effektivareochflexiblare,somt.ex.lasrarmedavstämbarvåglängd.Nedanpre-senterasettantalmilitäraanvändningsområdenförlaser:

• Målinmätning(avståndsmätningmedlaser)

• Laserradar

• Optikspaning

• Antisensorlaser

• Laserzonrör

6.3.1 Målinmätning

Somnämntsiinledningen,ärenavdetvanligastemilitäraanvändningsområ-detförlaseravståndsmätning.Avståndetmätsmedenlasersomgerettsnabbtochrelativtsettnoggrantvärde.Avståndsmätningenanvändsoftaförvapenin-sats.Räckviddenförenlaseravståndsmätareärca10–20km.Laserärväderbe-roende,varförmaximalräckviddkanvarieraberoendepåsiktförhållanden.

Laseravståndsmätaren(sefigur49)fungerarungefärsomradar,dvs.enpulssändsut,reflekterasimåletochtasemotienmottagare.Genomattmätapul-sensgångtid,ianalogimedradarprincipen(sefigur4),erhållsavståndet.Enlasermeddirektdetektion,inkoherentlaser,ärlämpligattanvändadåsystemetblirenkeltochbilligt.

Figur 49. Principskiss av avståndsmätare. (Källa: FHS, Illustration: Samuel Svärd)

Mål

Laser

Mottagare

80


6.3.2 Laserradar

En laserradar har förmågan att mäta både avstånd och hastighet. För dettakrävsattenkoherent laseranvänds.Iprincip fungeraren laserradarsomenkonventionell radarmed skillnadenattdenutnyttjar laserljus istället för ra-diovågor.Lobenkangörasmycketsmaltackvaredenkortavåglängdenvilketgerenmycketgodupplösning.Ennackdelärattdenkortavåglängdenmedförattlaserradarnblirmerväderberoendeänenvanligradarochävenfårkortareräckviddpga.atmosfärsdämpningen.

En koherent laserradar har möjligheten att generera en tredimensionellbild.Genomattsökaav,skanna,ettområdeellerföremålsamtidigtsommanregistreraravståndet förvarjemätpunkt,kanen tredimensionellbildbyggasupp.

Enintressantutvecklinginomlaserradarområdetäravståndsgrindadavbild-ning.Principenbyggerpåattsynkroniseralaserpulsernamedenbildalstrandemottagare(sefigur50).Genomattvarieratidsluckansommottagarentaremotlaserpulserna från sändaren, kan ett avståndsintervall väljas för avbildning.Inomdetta avståndsintervall framhävsobjekt,medande som liggerutanförintervalletundertrycks.Meddennametodförbättrarmansystemetsförmågaattseigenomrök,disochdimmasamtundertryckerbakgrundsklotter.Vidarekanmanävenseigenomvegetationochkamouflagemeddennametod,för-utsattatt tillräcklig laserenergi tränger igenom.KombinerasavståndsgrindadavbildningmedIR-kameravidspaning,kanmanspanapåstoraavståndochtäckarelativtstoraområden.IR-kamerandetekterarenvärmekällaochvisarinlasern,sommedsinkortarevåglängdharenbättreupplösning.Laserradarsys-temetgerocksåavståndettillobjektet,vilketdenpassivaIR-kameranintekan.Upplösningenochavståndsmätningengördetmöjligtattberäknastorlekenpåobjektet(sefigur51).

6.3.3 Optikspanare

Envariantavlaserradaräroptikspanare(sefigur52).Näroptiskasystembely-sesmedlaserljus,reflekterasendelavljusetifrontenpåaperturenochendelocksåfråninredelaravsensornomlasernliggerinomtransmissionsområdetföraperturen.Denretroreflexsomuppstårfråndeinredelarnaavsensornre-flekterastillbakaiexaktsammariktningsomdeninkommandestrålen.Dettamedförattoptiskasensorerkanupptäckaspålångaavstånd.Eftersomretrore-flexenärsåstarkkanstoraytoravspanaspåkorttidmedavståndupptillnågrakilometer.Begränsasytansomspanasavkaniställeträckviddenutökas,uppmottiotalskm.

81

Laser

Figur 52. Principskiss av optikspanare. (Källa: FOI)

Laser ochmottagare

Rök

Kamouflage

Avbildat

avståndsintervall

Figur 50. Principskiss av laserradar med avståndsgrindad avbildning. (Källa: FOI)

Figur 51. Kombinerad IR-kamera och avståndsgrindad avbildning. Fotot till vänster visar en IR-bild på en labbuss på 10 km. I mitten visas en bild med avståndsgrindad avbildning på samma buss och till höger ett foto av en labbuss. Det som framstår som lysande strålkastare i bilden i mitten är starka laserreflexer från de släckta strålkastarna. (Källa: FOI)

Laser O /D

Diameter=D

≈

82


6.3.4 Antisensorlaser

Enantisensorlaseranvändsförattstöra,vilseledaellerbländahotsystemsomskyddförolikaplattformar.Antisensorlasernbehöveroftaststödfrånenannansensorellersensorsystemförinvisningmothotet.Ettantalolikasystemkananvändas såsom IR-sensorer,UV-sensorer, laservarnare, laserradar (optikspa-nare), radarellervisuell spaning.Optikspanarenär särskilt intressant,dåettstortområdesnabbtkanspanasavochupptäcktamålmätasinmedgodnog-grannhet.Kombineras/integrerasantisensorlasernmedoptikspanarenkanver-kanfrånantisensorlasernverifierasmedoptikspanaren.Skerdettaiterativtkanstörningenoptimeras.

Ettantisensorlasersystemkanvarieraistorlekochkomplexitet,frånattvarahandburet,fordonsburet,luftburetellerfartygsbaserat.Handburnasystemärenklareuppbyggdadådeharkravetpåsigattintevägaförmycket.Oftaförsö-kermankombineraolikafunktionersomt.ex.spanings-ochverkansfunktion.Integrerasettantisensorlasersystemienplattformkankomplexiteten,effektenoch funktionenutökas.Beroendepåplattformkanbehovenseolikaut.Ettfordonsmonteratsystemkantypiskthafunktionernaspaning,verkanochklas-sificeringavmål.

Påflygandeplattformarärdetegenskyddetsomäravprimärtintresse.EttväldokumenterathotmotflygandeplattformarärrobotarmedIR-målsökare;statistikensägerattuppemot70%avallanedskjutnaflygplanochhelikoptrarsedanmittenav1970-taletberorpåIR-robotar.AnledningentillattIR-robo-tarbetraktassomettavsevärthotärattdeärpassiva,relativtokompliceradeattanvändaochspriddaihelavärlden.TraditionelltharskyddetmotIR-robotarvaritfackelfällning,vilketfungerarmotäldrerobotsystem,menutvecklingengårmotmålsökaresomjämförfleravåglängderochbildalstrandemålsökare.Dessatyperavmålsökareharförmåganattklassificeraenfacklasomettsken-målochdåväljabortden.

Enantisensorlaserärverksambådemottraditionellaretikelmålsökare,mål-sökaresomjämförfleravåglängderochbildalstrandemålsökare.Internationelltläggsstoraresurserpåforskningochutvecklingsomärinriktadmotattfåframett fungerandemotverkanssystemgrundatpåenantisensorlaser förflygandeplattformar. Den största utmaningen är små plattformar som belastar medhögag-kraftervidmanövrardärmekaniskalösningarharsvårtattklarakravenpåföljningmedhögnoggrannhet.Invisningavantisensorlasernkanskean-tingenmedettUV-ellerIR-systemsomkanregistrerasjälvarobotskottetellerdenvärmesomrobotenavgerunderbrinnfasenisinbana(sefigur53).

Fartygsbaseradeantisensorlasersystemärintebegränsadeavviktochvolympåsammasättsomluftburnasystem.Enbetydligtstörreuteffektiantilasersys-temetkanintegrerasifartygetssjälvskyddssystem.Antisensorlasernkangöras

83

Laser

såkraftfullattdenävenharenförstörandeverkan.Störningkangenomföraspåräckviddersommotsvararmålföljarenslåsningsräckviddiensjörobot.Dettamedförattandraskyddsåtgärderkangenomförasparallellt,såsomundanma-növerochkonventionellbekämpning.Mankanäven,omdetärlämpligt,läggautrök.

Varnaren detekterar avskjuten robot (UV eller IR) alternativt varmt närmande punktmål (IR). Detta sker med relativt måttlig vinkelupplösning (1–2) för att uppnå rimliga kostnader för en varnare som skall täcka stora vinkelområden runt �ygplanet.

567sek

sek

sek

4 3 2 1 0

Varnaren ger information till ett passivt �nföljesystem (IR, möjligen UV), som följer målet med en vinkelupplösning av storleksordningen 1 mrad inom ett vinkelmässigt smalt följefönster (något större än varnarens upplösning).

567 4 3 2 1 0

Varnaren och/eller �nföljesystemet invisar lasern, som kan ha två olika funktioner:a) Detektera, analysera, klassi�cera och mäta in målet.b) Följa och störa målsökaren alternativt förstöra dess detektor.

567 4 3 2 1 0

1 mrad

2

Figur 53. Principskiss av invisning av antisensorlaser. (Källa: FOI)

84


Sammanfattningsviskansägasattfördelarnamedenantisensorlaserärattdengåratt riktadirekt, intekrävernågon framförhållning,möjliggör snabbmålväxlingochtilllågkostnadperpuls(skott).Nackdelarnaärattmålethelatidenmåstevarasynligt,ärväderberoendeochattverkanpåmåletendaster-hållsnärlasernbelyserdet.

6.3.5 Laserzonrör

Förattutlösarobotenpårättställeochdärmedfåverkanimåletanvändsoftaettzonrör,somkanbyggapåolikasortersteknikberoendepåmåltyp.Laserzon-rörharegenskapersomgördemtillettintressantalternativtillradio-ellerra-darzonrörförvissavapen,t.ex.robotar.Lasernssändnings-ochmottagningslobkangörassmalareänradio-ochradarzonrör.Dettagördetmöjligtattavgränsakänslighetsområdetbättre.Laserzonrörbyggeroftapådenkorsandelob-princi-pen,dvs.attsändarlobochmottagarlobkorsarvarandra(sefigur54).Kommerettobjekt(mål)iniområdet,reflekterassändarenssignaltillmottagaren.Sän-dareochmottagaregrupperaspålämpligtsättochlobernadimensionerasföratttäckaönskatområde.Genomattmottagarenoftastärgrindadtillsändarenssignal,somärkänd,ochattavståndetärkort,kanhögstörfastheterhållas.La-

serzonrör används mot markmål(pansarvärnsrobotar) och är ävenmycketvanligamotluftmål.

Utvecklingengårmotnärmareintegreringavmålsökareochzon-rör för att ge bättre möjligheteratt välja träffpunkt i målet; dettaeftersom huvuddelen av egenska-perna i både målsökare och zon-rör numera ligger företrädesvis imjukvaran.

6.4 Utveckling

Fleraamerikanskabedömareanserattutvecklingenavolikatyperavlasersys-tem helt kommer förändra den taktiska situationen på stridsfältet fram till2020.Enutvecklingsomär intressant förmilitäraändamålärsystemsomirealtidkanavbildaomvärldentredimensionellt,koherentlaserradar,medhögupplösningmotsvarandedenbildsomfåsavenTV-kamera.Exempelpåin-tressantatillämpningarär:

Sändardioder Mottagardioder

Känslighetsområde

Figur 54. Principskiss av laserzonrör. (Källa: FHS)

85

Laser

• Upptäcktavkamouflerademål

• Navigering,styrning(primärtUAV)

• Automatiskmåligenkänning(krävernågonformavbibliotek)

• Integrationmedandrasensorer,radarochlaser/EO-sensorersomintegreraskangemöjlighetattupptäckasignaturanpassadeellerdoldaobjekt

Kostnadernaförovanståendesystemkommerattvarahögapga.desskom-plexitetochdetkaneventuellthämmautvecklingen.

Ettannatutvecklingsområdeärarbetetmedattskapaenelektronisknäsameden laser.Lasernshögaupplösningsförmågamedförattdenpåmolekyl-nivå kan identifiera kemiska substanser. Principen liknar en laserradar, dvs.densänderutenpulssomreflekterasmotobjektetochdenreflekteradepulsendetekterasimottagarendärdenanalyseras.Denhögaupplösningenmedförattmankanavgöravilkenmolekylsompåträffats;dettakallasenRaman-signatur,vilkenkanliknasmedettfingeravtryck.Fördelenmedattanvändalasersomelektronisknäsaärattobjektetkanvaraupptill100meterbort.DennametodkallasAvstånds-RRS(Resonant Raman Spectroscopy).FörattidentifieraRaman-signaturenkrävsattdetfinnsettbibliotekattjämförasignaturenmot.

87

7. Hydroakustiska och marina elektromagnetiska sensorer

7.1 Inledning

Detärihuvudsaktvåtyperavsensorersomnyttjasförmarintbruk,hydroa-kustiska och elektromagnetiska. Hydroakustiska sensorer eller s.k. sonarer(sound navigation and ranging)delasinikategoriernaaktivarespektivepassiva.Passivasonarerkandetekterabullerfrånsjögåendefarkosterpåstoraavståndochanvändsimilitärasammanhangförattövervakastorahavsytorochvat-tenvolymer.Aktivasonarersänderutenljudpulsförattfångaekonfrånobjekt,enligt sammaprincipsomenradarmeniettannatmediumsomharandraegenskaper.Deprimäramilitäratillämpningarnaföraktivasonarerärubåtsjaktoch minjakt. Andra områden för hydroakustik är undervattenskommunika-tionochnavigering.

Räckviddenförettsonarsystemberorpåobjektetssignatur,jämförradar-målarea för radar,undervattensmiljönochvilken frekvens somsystemetan-vänder.Passivasonarerkanharäckvidderuppemot100-talskilometeristörrehavmed storabullrande fartyg,medan räckvidden i grunda vattenområdenmedkompliceradbottenmotsvagtbullrandeobjektkanvarasålitesomnågrahundrameter.Användsaktivasonarerigrundavattenmedstarktkuperadbot-tenärutmaningenattdetekteraochklassificeraekonfrånintressantamål.

Utvecklingavnyasystemskerfrämstinomområdensåsomlågfrekventaak-tivasläpsonarer,multistatiskasonarsystemmedsändareochmottagarefysisktåtskilda,torpedmålsökareförgrundavattenochsyntetiskapertursonar(SAS).SASär enutveckling frånSAR,vilket ärdenflygburnamotsvarigheten.Ettområdesompåsenaretidfåttökatintresseärsystemsomkananvändasförattskyddafartygmotlågkonflikthotkustnäraochihamnar.

88


Elektromagnetiska sensorerär idensvenskamarinamiljönett intressantkomplement till de akustiska, då framför allt skärgården är en kompliceradmiljömedflervägsutbredningförljudvågorsomökasytterligareavdetempe-raturvariationerochsalthaltsvariationersomfinns.Kustnäravattenharocksåenbullernivåsomärhögreänutepåöppnahav.

Är inte ett fartyg signaturanpassatkommerdet attgenereradetekterbaramagnetiskaochelektriskafält.Fältensomgenereraskaraktäriserassomsigna-turerdådeärfartygsspecifika,ochkanpåsåsättanvändasförattupptäcka,klassificeraochlokaliseraettobjekt.Detrehuvudområdenmanarbetarmedförattkartläggaelektromagnetiskaegenskaperhosettobjekt(fartyg)ärelek-trisksignatur,magnetisksignaturochlågfrekventaelektromagnetiskafält.

Mätsystemenkanvaraantingenpassivaelleraktiva.Depassivasystemenanvänderettobjektselektromagnetiskaegenskaperförattdetekterastörningaribakgrundsfältensomorsakatsavdetpasserandeobjektet.Deaktivasystemensänderutettegetfältsomdetmäterochanalyserarekotifrån.

7.2 Sonarsystem

Sonarsystemdelas in ipassivarespektiveaktivasonarsystemberoendepåar-betssätt.Systemenharolikaför-ochnackdelarochdetärdentaktiskatillämp-ningensomavgörvilkentypavsystemsomärlämpligtattanvända.

7.2.1 Passivasonarsystem

Ettpassivtsonarsystemdetekterarljudvågor,buller,somobjektpåellerundervattenytan oavsiktligt åstadkommer. Det kan exempelvis vara från ytgåendefartyg,ubåtar,torpederellerettaktivtsonarsystem.Eftersomettaktivtsonar-systemsänderutljudvågor,kanenpassivsonardetekteradessasignalerochpåsåsättfåenbäringpåmotståndaren.Passivasystemanvändsdåmanvillredu-cerariskenförattröjasig.Enubåtärettutmärktexempelpåenplattformdärettaktivtsysteminteärlämpligtjustmedtankepåröjningsrisken.Ettpassivtsonarsystemharienheldelfalllängreräckviddänettaktivtsystem,ochkandärmedvaralämpligtattanvändaförpermanentövervakningavenvolymellersomutlagdasonarbojar.

Överettantalårtiondenharutvecklingsmedelsatsatspåattkonstruerafar-tygochubåtarsombullraralltmindreförattbättresmältainidetnaturligabakgrundsbrussomfinnsidenmarinamiljön.Dettaärenutmaningochennackdelfördepassivasystemendådefåralltsvårareattdetekteraobjektibak-grundsbruset.Dettaaccentuerasänmeromsystemetärintegreratpåenrörligplattformdåävenbullretfråndenegnaplattformenkommerpåverkasystemetsprestandanegativt.

8�

Hydroakustiska och marina elektromagnetiska sensorer

7.2.2 Aktivasonarsystem

Ettaktivtsonarsystemharensändaresomskickarutenpuls,ljudsignal,somträf-farettobjektochreflekterastillbakatillenmottagare,jmfmedradarprincipen.Påsåsättkanmanfåinformationomriktning,avståndocheventuellthastighetpåobjektet.Avståndetfåsgenomattmätatidendettarförpulsenattgåfrånsändarenuttillobjektetochtillbakaigentillmottagaren.Detärintebaraekotfrånmåletmanfårinimottagaren,utanocksåekonfråndenomgivandemarinamiljön.Deoönskadeekonakallas reverbationochhärstammar fråndeojäm-nabegränsningsytorna,bottenochytan,vilkahelt enkeltkallasyt- respektivebottenreverbation.Denreverbationsomuppkommerpågrundavreflektionerivattenvolymenså somplankton,fiskstimm.m.kallasvolymreverbation.Vo-lymreverbationenäroftastlitenjämförtmedövrigastörkällor,varfördenbrukarbetraktassomförsumbar.Aktivasonarsystemkanförbättrasignal-till-brusförhål-landet genom att optimera pulsform och frekvens. Nackdelen med ett aktivtsystemärintebararöjningsriskenutanattdetocksåärmerenergikrävande.

7.2.3 Sändare

Förattkunnasändautpulserivattnetkrävsattmankanomvandlaelektriskenergitillhydroakustisk.Detskermedhjälpavens.k.ljudomvandlareavvilkadeflestaärreversibla,dvs.dekanomvandlaåtbådahållen.Envälkändljudom-vandlareärhögtalarenienstereo,vilkenomvandlarelektriskenergitillakus-tiskenergi(ljudvågor).Skillnadenmellanhydroakustiskimpedans(vatten)ochakustiskimpedans(luft)ärattvattenintesättsirörelselikalättsomluft;mansägerattvattenharenhögrespecifikakustiskimpedansänluft.Denspecifikaimpedansenförvattenär3500gångerhögreänförluft.Denspecifikaimpe-dansendefinierassomproduktenavljudhastighetenochdensitetenimediet.Förattsättavattenirörelsekrävsbetydligtstörrekrafteränförluft,ochmate-rialmåsteväljassomkangenereraochkännaavdessakrafter.

7.2.4 Signalbehandlingisonar

Ianalogimedettradarsystembehandlasdenmottagnasignaleniettsonarsys-temiettsignalbehandlingssystemförattavgöraomdetärettmål,detektion,fåframbäringoch,ommöjligt,fåavståndsamtklassificeramålet.Sändareniensonarkanantingenvararoterande,därsystemetstegvisroterarsändarenel-leroperatörenstyrden,ellervarafastmedettantalsändarelementsomsänderiolikariktningar.

Förattupptäckaettmålgällerförensonar,precissomförenradar,attdetkanurskiljamålekoturbruset,dvs. attmålekot liggeröver ettvisst tröskel-värde.Tröskelvärdetärtillförattreduceraantaletfalskamål.Ärvärdetsattför

�0


högt,kommerävenendelriktigamålinteattupptäckas.Sättandeavetttrös-kelvärdeärenavvägningmellansannolikhetenattfåfalskamålkontraattintedetekterariktigamål.Närettmåldetekteras,erhållsenbäringtillmåletochkanavståndetsamtidigtfås,harmåletlokaliserats.Medenaktivsonarfårmanframavståndettillmåletgenomattmätatidendettarförpulsenattfärdasfrånsändarentillbakatillmottagaren.Enpassivsonarkanocksåmätaavståndetun-dervissabetingelser.MedTAS(Towed Array System),vilkenärenpassivsonarsomsläpasefterettfartygochsomharettsensorelementpåca130meter,kanavståndetberäknasmedhjälpavavanceradsignalbehandlingavinkommandeekondärmanutnyttjarelementetslängd.

Förattkunnaföljaettmålkrävsattmankangenomföraettantaluppre-padelokaliseringar.Genomdeupprepadelokaliseringarnakanmåletskursochfartberäknas.Närdettaärkäntkansystemetpredikteravarmåletkommerattbefinnasigvidnästakontaktochdåsökainomettmindreområde.Detärävenmöjligtattklassificeraettmåldåbullretsomfartyget(målet)avgerkanliknasvidettfingeravtryckspecifiktfördentypen,menförattkunnaklassificeraettmålkrävstillgångtillnågonformavregisterellerdatabasöverolikamålsommankanjämföramåletsutstråladebullermed.

7.3 Utveckling

Utvecklingeninomfartygs-ochubåtskonstruktionharmedförtenallttystaregång vilket ställer allt högre kravpå sonarsystemen, inte bara tekniskt utanocksåhurdetanvändstaktisktförattoptimeraprestanda.

7.3.1 Bistatiskaochmultistatiskasonarsystem

Entraditionellaktivsonarharsändareochmottagarenäravarandraisammasystem.Iettbistatiskt systemär sändareochmottagareseparerade,ochoftaärdeintegreradepåtvåolikaplattformar.Enavdetaktiskavinsternamedattseparerasändareochmottagareärattplattformensomharmottagaren,t.ex.enubåt,ärpassivochröjerintesinposition.Medettbistatisktsystemkombine-rasfördelarnamedettaktivtochettpassivtsystem.Ingårdetfleraplattformarmedmottagaresompassivtlyssnarpåsammasändare,erhållsettmultistatisktsystem.Oftakanettbetydligtstörreområdetäckasingenomattfleraenhetersamverkar;dessutomfårmåletsvårtattmanövrerautanattexponerasinstörstamålarea (jmf med radarmålarea), vilket ökar chansen för detektion även avmyckettystgåendeobjekt.Förutsättningenförattettbistatisktellermultista-tisktsonarsystemskallfungeraärattdenpassivtmottagandeplattformenvetvarifrånsändpulsernaskickasochnär.Detinnebärattkomplexiteteniettbi-ellermultistatisktsysteminteskallunderskattas.

�1


7.3.2 Lågfrekventaktivsonar(LFAS)

Trotsattutvecklingenavpassivasonarerhargjortdemalltkänsligareochbättreärdetidagändåsvårtattupptäckamodernatystaubåtar.Detharmedförtattindustrinhargjortstorasatsningarpålågfrekventaaktivasonarerförattfåframettmotmedelmotdetystaubåtarna.Förutsättningenfördettaärutvecklingeninomdigitalsignalbehandling,ochattkostnadernaävenharsjunkitmarkant.

Dendrivandefaktornbakomutvecklingenharvaritbehovetavattdetek-teraubåtarutepådestoraoceanerna,därdjupenärstoraochsalthaltenorsakarenkraftigdämpningavljudutbredningenvidhögafrekvenser.Detharvisatsigattlågfrekventaaktivasonarer,somarbetarpåfrekvensersomoftaliggerunder2kHz,harlångaräckviddermedstoraupptäcktsavstånd.Lågafrekvenserinne-bärlängrevåglängder,ochennackdelmedlågfrekventaaktivasonarerärattdeblirstoraocheffektkrävande.IÖstersjön,somärettgrundhav,fungerardessasystemdåligtellerinteallspågrundavframföralltbottenreverbation.Därförstuderasomlågfrekventasonarermednågothögrefrekvenskangebättrepre-standaigrundahavsomÖstersjön.

7.3.3 Syntetiskapertursonar(SAS)

Tekniken för syntetisk apertursonar härstammar från radartekniken där ensyntetiskaperturradar(SAR)harutvecklats.Storlekenpåenantennsaperturgermåttetpåupplösning, imarinasammanhangupplösningenibäringsled.Grundenförensyntetiskaperturärattmanflyttarantennenutmedenlinjeochundertidenadderarsignalernakoherent,dvs.ifas.Genomattgörapådetsätteterhållsenmycketstörreapertur(antenn)ochdärmedenhögreupplös-ning;mantalaromensyntetisk,artificiell,antenn.

SASutvecklas förbådeaktivaochpassivasonarerdärmålenochdetek-niskautmaningarnaskiljer sig liteåt.Föraktivasyntetiskaapertursonarerärutmaningen att kunna positionera den fysiska antennen så noggrant som idelaravvåglängder.Detkrävsförattkunnaadderasignalernakoherent.Utö-verpositioneringsnoggrannhetenkrävsocksåsignalbehandlingsprogramförattytterligareförbättrapositioneringen.EttmilitärtområdesomärintressantattutnyttjaSAStill,ärklassificeringenavminor.IfalletmedpassivSASärmåletattåstadkommanoggrannarebäringsuppskattningartillmålet.Teknikenkant.ex.användasförattförbättraprestandapåtraditionellaTowed Array Systems(TAS),släpsonarer,ellerförattfåsammaprestandasomettklassisktsläpsonar-systemmenmedenkortareochmerlättmanövreradsläpsonar.

�2


7.4 Elektromagnetisk vågutbredning i havet

Saltmolekylernaihavsvattenmedföratthavetärelektrisktledande.Saltmole-kylernadelaruppsigipositivaochnegativajonersomkantransporteraström-men.Enkonsekvensavdetäratt fartyg rostar.Vattnetselektriska lednings-förmåga,konduktivitet,berorpåmångaparametrarsåsomtemperatur,djup,densitet och salthalt.Temperaturen och densiteten varierar med djupet ochsalthaltenvarierarkraftigtiolikatyperavhav.Denelektriskaledningsförmå-gan varierar alltså mycket beroende på var du befinner dig, både vad gällergeografisktochpåvilketdjup;mansägerattkonduktivitetenärrumsberoende.I lokala rumsvolymer,enmindredelavenvattenvolym,bedömshavet somhomogentochisotropt,alltsårumsoberoendeochlikaiallariktningar.

Förhavsvattnetsmagnetiskaegenskaperärdäremotberoendetavolikapa-rametrarenenklarefrågaattredaut.Vattensgenomsläpplighet,permeabilitet,liggernäradenfriarymdenochövrigaparametrarpåverkarförsumbart.Vatt-netkanalltsåsessomtransparentförmagnetfält.

Enstorpåverkanpåvattnetselektromagnetiskaegenskaperförattbedömafördelningen av elektriska fält och strömmar kommer från bottenförhållan-dena, särskilt inomgrunda vattenochhavdär en strömmängd som inte ärförsumbarkantavägengenombottenvilkenärelektrisktledande.Detfinnsettantalparametrarkoppladetillbottenförhållandenasompåverkardeelek-tromagnetiskaegenskaperna.Utanattgåinpådetaljerkankonstaterasattalltdettafårtillföljdattdenexaktaström-ochfältbildenblirkomplicerad.

För att förbättra sensorernas prestanda krävs god kunskap om det somnämntsovanidenaktuellamarinamiljön.

7.5 Elektrisk och magnetisk signatur hos fartyg

Hurkommerdetsigattfartygharenelektriskochmagnetisksignatur?Närettfartygkonstruerasochbyggsanvändsenmängdolikamaterialochdåoftametalleravkonstruktionstekniskaochekonomiskaorsaker.Detär samman-sättningenavolikametallerochattvissamaterialärmagnetiskasomskapardemagnetiskaochelektriskafälten.

Materialsomharegenskapenattdespontantsänderutettmagnetisktfältkallasferromagnetiskamaterial;järnochkonstruktionsstålärbraexempelpåsådanamaterial.Detär främst tre ferromagnetiskaegenskaper sompåverkarfartygenmagnetiskt:

• Restmagnetisering(remanens)

• Mekaniskapåkänningar

• Induceradmagnetisering

�3


Närettferromagnetisktmaterialharblivitutsattförochmagnetiseratsavettmagnetfält,kvarstårenvissmagnetiseringävennärfältettagitsbort.Dettakallasrestmagnetiseringellerremanens.Detberorpåattdeninremagnetiskastrukturen imaterialet inteharåterställts efterdetattmaterialetvaritutsattförettmagnetfält.Remanensenfrånettfartygkandetekterasavenmagnetisksensor.

Utsättsettferromagnetisktmaterialförmekaniskapåkänningar,ändrardetsinmagnetisering.Förettfartygsomharskrovochöverdelbyggtistålärdettaavstorvikt,dådetkommerattutsättasförpåkänningarihavet.Påkänningarnafråntungalaster,grovsjöm.m.kommerattledatillmikrodeformationerima-terialetochdärmedocksåändringarimagnetiseringen.Denstörstadelenavett fartygs restmagnetiseringochmagnetiseringpga.mekaniskapåkänningarkantasbortienavmagnetiseringsanläggninggenomens.k.avmagnetiserings-process.Fartygetstyrsdålångsamtöverettelektromagnetisktspolsystemsominstalleratspåbotten.

Somnämntsovanärmångafartygbyggdaavståloch/ellerharandrafer-romagnetiskamaterielisinkonstruktion.Dettakommerattåstadkommaetttydligtbidrag av induceratmagnetisering som i varje tidpunktberor avdetjordmagnetiskafältetsstorlekochriktningrelativttillfartyget.Effektenavdet-tablirattdenmagnetiskafältbildenkringfartygetpåverkas;dennapåverkanärlättattupptäckamedmagnetiskamätningar.

Närettfartygrostaruppstårelektriskaströmmarivattnetkringfartyget.Dessaströmmarärdetekterbaraförensensor.Orsakentillattmetallenrostar,korroderar,ärattdeninteärstabilidenmarinamiljönsomdenbefinnersigi.Därföruppstårendrivkraftattintaettstabilaretillstånd,vilketmedförattmetallenkorroderar.Korrosionskerisåkalladekorrosionsceller,vilkabeståravanod,katodochelektrolyt.Påettfartygbeståranodenochkatodenavolikametallersomärikontaktmedvarandra,t.ex.propelleraxelnsomärikontaktmedskrovetviadesslager,ochdärelektrolytenärdetomgivandevattnetge-nomvilkenströmmarnaflyter.Figur55pånästasidavisarenprincipförhurströmmarnakanflytapga.korrosion.Enannansekundäreffektavströmmarnaärattdebidrartillfartygetsmagnetiskasignatur,dåströmmarnagerupphovtilldetekterbaramagnetiskafält.

7.6 Elektromagnetiska sensorer

Magnetisktaktiveradesensorerharfunnitsibruksedanandravärldskriget,dåmagnetisktaktiverademinoranvändesföratthindrasjöfarten.Minornakändeavfartygetspassagegenomenförändringavmagnetfältetochminanutlöstes.Ennaturligutvecklingochtillämpningförelektromagnetiskasensorerärförövervakningochspaning.

�4


Vektormagnetometrar är en typav sensorer sommätermagnetfält.Envek-tormagnetometerärkänsligförbådemagnetfältetsstyrkaochriktning.Degörsvanligentreaxligasåattallafältkomponenterkanmätas.Prestandapåsensornärstarktberoendeavhurexaktmanlyckatsfådetreaxlarnavinkelrättmotvarandra.Induktionsspolenärdenenklastetypenavvektormagnetometrar,sombyggerpåFaradaysinduktionslag.Induktionslagensägerikorthetattdeninduceradespän-ningenislutnalindningsvarvärproportionellmotförändringenavmagnetflödetgenomspolen.Enfördelmedinduktionsspolarnaärattdeärpassiva,tillförlitligaochtålhårdamiljöersåsomdenmarina.Ettmilitärtanvändningsområdeärde-tektionavpasserandeföremålsomt.ex.ytfartygochubåtarsomlokaltstördenjordmagnetiskafältbilden.Sefigur56förprincipiellfunktionavinduktionsspole.

Fluxgatemagnetometernmätertillskillnadfråninduktionsspolensjälvafält-styrkandirekt.Mätningenskergenomattienmätprobjämföradetomgivandemagnetiskafältetmedettinterntreferensfält.Jämförelsenskaparenasymmetriavdetmagnetiskaflödetiprobensomkannyttjasförattläsaavmagnetfältet.Treenaxligasensorerkombinerasföratthelafältetskallkunnamätas.Kritisktförfluxgatemagnetometernsprestandaärattdetresensoraxlarnaärvinkelrätamotvarandramedhögprecision.Marinatillämpningarärubåtsdetektionochmagnetisksignaturanpassningförfartyg.

Figur 55. Elektriska strömmar i och kring ett fartyg, orsakade av korrosion. (Källa: FOI)

extern

intern

�5


Figur 56. Principskiss på fartygspassage över induktionsspole. (Källa: FOI)

X

B

U

U

B

Fartygets bidrag till magnetfältetgenom spolen

Fartygets bidragtill den inducerade spänningen i spolen

X

X

�6


7.7 Fältspänningssensorer

Detnaturligasättetattmätaelektriskafältstyrkorivattnetärattnyttjaelek-trodpar somharpunktkontaktmedvattnetoch sitterpåettkäntavstånddfrånvarandra.EnelektriskpotentialskillnadUmätsavenvoltmeter.UrdetberäknasfältstyrkanE=U/d.Förattkunnamätahelafältettillbådestorlekochriktningkrävsattsystemethartreelektrodparsomsittervinkelrätmon-teratmotvarandra.Genomattökaelektrodavståndetkansensornskänslighetförbättraspåbekostnadavupplösningen.Sensorsystemendelas ini långbas-systemochkortbassystem.Långbassystemenkanhahundratalsmetermellanelektronparenmedankortbassystemenvanligtvisharnågonmeterupptillnå-gottiotalmeter.Långbassystemetkanspanaöverstoraytorochharhögkäns-lighet;detdetekterariförstahandnärvaronavenelektriskkällasomt.ex.enubåt.Långbassystemenklararoftastinteattlokaliseraellerklassificerakällan.Kortbassystemetklararattupplösarumsvariationereftersomdetäravsammastorleksordningellermindreänkällan.Kortbassystemenharbetydligt sämreräckviddänlångbassystemen,menharigengäldbättreupplösning.

�7

8. VMS (varnings- och motverkanssystem)

8.1 Inledning

Varnings-ochmotverkanssystem(VMS)ärendelmängdavtelekrigmenrönerstortintresse,intebaratackvareattdeningårsomenviktigkomponentiplatt-formsskyddochforce protectionutanocksåförattdenharpotentialattblienviktigkomponentidetnätverksbaseradeförsvaret.YtterligareenanledningtillintressetärattmodernaVMSärkomplexasystem,vilketmedförattdetärenrelativtdyrsensorochdärföroftakommerupptillavvägningvidanskaffningochutvecklingavmateriel.

VMSärettsamlingsnamnförettantalolikasystemsomarbetarinomolikafrekvensområdenberoendepåvilkethotsomdetskallvarnaförochvilketformavmotmedelsomanvänds.Detklassiskaexempletärenradarvarnaresomärintegreradmedenstörsändareochdärbäggedelarnaliggerinomfrekvensom-rådetförradar.Enrobotskottsvarnareliggerinomettheltannatfrekvensom-rådeanpassat för t.ex.enraketmotorsemission;motmedletkanvara facklorförattbekämpaenIR-robot.Enlaservarnareellerlaserstörarearbetaråterigeninomettannatfrekvensområde.Beroendepåplattformochhotkansamtligafrekvensområdenvaraintressanta,alternativtprioriterasdetstörstahotet.Tren-denärdockattsamtligafrekvensområdengrovtindelatiradar,IRochlaserärintressantadåhotbildenidagtäckersamtligaavdessafrekvenserochhotsyste-menbliralltmersofistikerade.SamtidigtsomdentekniskautvecklingentalarförattettalltstörrefrekvensområdebehövertäckasinförattfåettkomplettVMS,kandetvarabraattläggainenlitenbrasklappomattdetintealltidärdemestsofistikeradesystemensomutgördetstörstahotet.SomexempelkannämnasattettväldokumenterathotmotflygandeplattformarärrobotarmedIR-målsökare;statistikentalaromattenmajoritetavallanedskjutnaflygplan

�8


ochhelikoptrarsedanmittenpå1970-taletberorpåIR-robotar.AnledningentillattIR-robotarbetraktassomettavsevärthotärattdeärpassiva,relativtokompliceradeattanvända,lättaatttransporteraochspriddaihelavärlden.

EnviktigdeliVMSärdataförsörjningenavsystemen,detsomviidagligttalkallar telekrigsbibliotek.Dåfleraolika systemfrånolika leverantöreran-vändsinomFörsvarsmakten(FM)medfördetattdataförsörjningenblirallt-merkomplexochresurskrävande.Förattproduceraendatasatsförettsystemkrävsintebarakunskapomhursystemetfungerarutanocksåengodkunskapomhurdettaktisktutnyttjas.PrestandapåettVMSberorinteenbartpåkon-struktionenutanocksåtillstordelpåkvalitetenpåindata,t.ex.radarparame-trar,ochpåhurtelekrigsbiblioteketdesignas.DåVMSärettområdesomäromgärdatavstorsekretess,innebärdetattutbytetaverfarenheterochdataärmycket begränsat. Det medför att kompetensen behöver finnas inom riketsgränserförattFMskallkunnasäkerställaetttillräckligtskyddförsinpersonalvidbl.a.internationellainsatser.

8.2 VMS grunder

VMS förknippas primärt med ett plattformsskydd men informationen frånsystemetkanävenanvändasförandrabehovsomt.ex.omvärldsuppfattning,lägesbild,underrättelser förhögrechefer eller force protection.SjälvanamnetVMS(varnings-ochmotverkanssystem)indikerarattdetfinnsenautomatikmellanvarningochmotmedel.Attmanvillhaautomatikberorpåattdetoftaärfråganommycketsnabbatidsförloppnäretthotharidentifierats,menoftastkanoperatören/pilotenöverridasystemetnärsåkrävs.Motmedlenärantingenpassiva,somiradarfallett.ex.remsor,elleraktiva,somt.ex.störsändning.

Beroendepåvilketfrekvens-ochdärmedvåglängdsområdesomvarnarenverkarinom,brukarmantalaomradarvarnareochelektrooptiskavarnare,därlaservarnareärettexempelpåenelektrooptiskvarnare.EttVMSbestårihu-vudsakavtredelkomponenter:

• Varnare

• Systemdator,inklusivehot-ochev.åtgärdsbibliotek

• Motmedel

Oftastpresenterashotinformationenpåenavplattformensegnadisplayermenegnasystemdisplayerförekommer,framföralltpåäldreplattformarochsystem.VarnarenförmedlarinformationtillVMSsystemdatorsomgenomförsignalanalys,hotutvärderingochvidbehovbeordraråtgärdavmotmedel.Ho-tetpresenterasförpiloten/operatörenpåplattformsdisplayen.Denvanligaste

��

VMS (varnings- och motverkanssystem)

typen av varnare är radarvarnare, robotskottsvarnareoch laservarnare.Bero-endepåhotbildkanenellerfleratyperavvarnarevaraintegreradiplattformen.SystemdatornförVMSskallklaraavatthanterasamtligavarnaremedtillhö-rande motmedelsalternativ. Vilken form av motmedel som plattformen harberorpåhotbildmenocksåmiljönsomplattformenverkari.

Exempelpåmotmedelärstörsändning,rems-ellerfackelfällning,bekämp-ningmedeldenhet,rök,vattendimmaelleraktivtpansar.Encentralrollförattvarningochmotmedelsåtgärdskallfungeraharhot-ochåtgärdsbiblioteket,dets.k.telekrigsbiblioteket,somladdasinisystemdatornförVMSinförettupp-drag.DataförsörjningenavtelekrigsbibliotektillVMSärennyckelfaktorförframgångvidolikaoperationer;omintetelekrigsbiblioteketinnehållerrätthotmedkorrektamotmedelsåtgärder,kommerplattformenmedstorsannolikhetattriskeraslåsut.

8.2.1 Radarvarnare

Oavsett frekvensområde arbetar varnaren enligt principen för envägsutbred-ning;pulsenbehöveralltsåbaragåenväg.Centraltförenradarvarnareärattdenharkortreaktionstidförattupptäckaetthot,varfördenmomentantmåstetäckainallafrekvensområdenöverensfärsytaförflygandeplattformarochenhalvsfär förmark-och sjögåendeplattformar.Varnarensuppgift är attupp-täcka,klassificeraochidentifieraensändare.Vidareönskasriktningtilloch,ommöjligt,positionpåsändaren.Modernavarnareharävenkapacitetattin-hämtaochlagraradarparmetrarförsenareanalysochproduktionavdatasatsertillhotbibliotek.Principen fördetektionhosenradarvarnareäranalogmedenradardäretttröskelvärdesättsföratturskiljavadsomärenpulsrespektivebrus.Ärsignaleffektenhögreäntröskelvärdetblirdetendetektion.Hurhögttröskelvärdetsättsärenkompromissmellansannolikhetenfördetektionavensignalochriskenförettfalsklarm.Enstakapulsergeraldrigupphovtilllarmutandetkrävsattflerapulserhardetekteratsochattvarnarsystemetbedömerattdehörihopmedenochsammasändareförattlarmskallges.Räckviddenförenvarnareärberoendeavmångaparametrarsomt.ex.egenskapernahosradarsystemet,varnarensjälv,signalmiljönm.m.Dettamedförattberäkningenförräckviddenblirrelativtkomplex,mengenerelltkansägasattomplattfor-mensomvarnarensitterpåinteharstorradarmålarea,kommervarnarenideflestafallattupptäckaradarsystemetinnanradarnupptäckerplattformentackvare att radarvarnaren arbetar enligt principen för envägsutbredning medanradarnarbetarenligtprincipenförtvåvägsutbredning.

Närvarnarendetekteratenradarsignalpåbörjardenarbetetmedattklas-sificeraochidentifierasignalen.Detärettantalradarparametrar,beroendepåkonstruktion,somvarnarenanvändervidsinanalysavsignalensomt.ex.:

100


• PRF

• Pulslängd

• Pulsmodulation

• Bärfrekvens

Varnaren jämfördessaparametrarmot telekrigsbiblioteket för att identi-fierasignalen.Dåmångaradarsystemoftaharlikartadevågformer,t.ex.ärF16ochJAS39mycketlikavarandraivissaarbetsmoder,kanidentifieringenvarasvår att göra.Ett sätt atthanteradetta ärunderdesignenavhotbiblioteket,vilketbehandlaslängreneditexten.Beroendepåvilkenarbetsmodsomradarnäri,t.ex.spaningellerföljning,använderdenolikavågformer,vilketärviktiginformationförvarnarenförattdefinieranivånpåhotetmotplattformen.Ärhotetomedelbartaktiverasmotmedel.

Deflestamodernaradarvarnareklararattgeriktningochpositionföretthot.Enavdevanligastemetodernaförriktningsbestämningiradarvarnareärmonopulsmetoden,oftast amplitudmonopuls ävenom fasmonopuls eller enkombinationförekommer.Monopulsinnebärattriktningenbestämsförvarjepuls.Iexempelvisflygfalletanvändermanfyraantennermed90graderstäck-ningdärmanjämfördenmottagnasignaleffektenmellanantennernaochpåsåsättfårmanutenriktning.Antennernaharstorahuvudlober,90grader,vilketmedförattriktningsfeletkanblirättstort,bortemot5–10grader.Andratill-skotttillriktningsfeletärlågtsignal-till-brusförhållandeellerreflexernäraan-tennernasomskaparvariationerpåamplituden.Riktningenärdocktillräckligtbraförattvarnarenikombinationmedanalysavradarnsarbetsmodinitierarmotmedelsamtidigtsomenvarningvisaspådisplayenföroperatören/piloten.

Figur 57. Princip för krysspejling: samverkande enheter respektive egentriangulering. (Källa: FOI)

101


Förattlokaliseraenradarärdetenklastesättetattpejlariktningentillra-darn från två olika positioner och se var pejlriktningarna korsar varandra; ikryssetbefinnersigradarn.Metodenbrukarkallaskrysspejling.Ommanintehartillgångtilltvåsystemsomsamtidigtkanpejlaensändarekanmananvändaenensamplattform,förutsattattdenrörsigmedenrelativthöghastighet.Ge-nomattplattformenrörsigskaparmanenmätbas(sefigur57)genomsinegenrörelse;påsåsättkanmanfåframettpejlkrysspåenstillaståendesändare.

8.2.2 Elektrooptiskavarnare

Syftetmedenelektrooptiskvarnareärdetsammasomförenradarvarnare,dvs.attvarnaförattbelysningavplattformenskerelleromettinkommandehot.Inomelektrooptikenärdetprimärttretyperavvarnaresomförekommer:UV-baseradvarnare(robotskott),IR-baseradvarnare(robotskott)ochlaservarnare.

EnvarnaresombyggerpåattUV-strålningdetekteras(dennakallasocksåoftaförrobotskottsvarnare),arbetarinomvåglängdsområdet0,2till0,3mik-rometerochdetekterarflammanfrånenraketmotor.Detektionkanbaraskesålängesomraketmotornbrinnerochvarnarenärenstirrandedetektormatrismedca90graderstäckning,vertikaltsåvälsomhorisontellt.Föratttäckaensfärsytakrävsfleradetektorerpåplattformen.SvaghetenmedenUV-baseradrobotskottsvarnareäratttidenenraketmotorbrinnerärmycketkort,vilketgermycketkorttidförupptäcktochriktningsbestämning.

Enrobotskottsvarnare somarbetar inomIR-områdetäruppbyggdenligtsammaprincipsomenUV-varnare,menliggeriställetinom3–5mikrometers-fönstret.Den termiska strålningen i3–5mikrometersområdet frånen robothartvåkomponenter,raketmotornsemissionsamtskrovetsemission(aerody-namiskuppvärmning),varförtidenförupptäcktochriktningsbestämningblirlängre.

Dentredjetypenavelektrooptiskvarnareärlaservarnaren.Utvecklingenavlaservarnarepåbörjadesunder1970-talet;devardårelativtenklamedrelativtfå laservåglängder.Idagärsituationenannorlunda,detärettbetydligtstörrevåglängdsomfångochtypavhotsystemsomskalltäckasin.Denmodernala-servarnarenskallklaraavattvarnaförlaseravståndsmätare,belysare,laserradarochledstrålelaser.Utöverdettatillkommerbländ-ochstörlasrarsomytterligareökarkravenpåvarnarna.Medutökningenavolikalasersystemharocksåanta-letvåglängdersomutnyttjasökatbetydligt.

Analogtmedradarvarnarenärdetvissaparametrarilasernsomärintressantförvarnarenattdetektera.Denvanligasteärpulsrepetionsfrekvensen(PRF),för att avgöra vilken typ av hotlaser som belyser varnaren och plattformen.Avancerade laservarnare kan också, precis som radarvarnare, använda sig avhotbibliotekförattidentifierahotsystem.Enstorutmaningförlaservarnarna

102


ärattpulsadehotsystemlasrarsändermycketkortapulser,nermotnanosekun-der,somskalldetekteras,riktningsbestämmasochommöjligtidentifieras.

8.2.3 Olikamotmedel

Motmedelkansättasinmotbådeelektrooptiskaochradarsensorerförattskyd-daenellerfleraplattformar.Motmedelärpassivarespektiveaktiva.Ettexempelpåaktivamotmedelärstörsändare,ettpassivtmotmedelärremsor.Syftetmedattanvändamotmedelärattförhindraellerförsvåra:

• Upptäcktavplattformen

• Inmätningavplattformen

• Låsningpåplattformen

• Bekämpningavplattformen

• Aktiva radarmotmedel

Motradarsystemärdeaktivamotmedlenindeladeimaskerandestörsändningochvilseledandestörsändning.Depassivamotmedlenbeståravremsor,reflektorer.

Maskerandestörsändning,ävenkalladbrusstörning,ärenelektromagne-tisk signal som genom slumpmässig modulation ändrar amplitud och/ellerfrekvens och på så sätt skapar ett brus i radarn. Syftet är försämra radarnssignal-brusförhållandesåmycketattettmålekobliromöjligtellersvårtattde-tekteraförradarn.Förattbrusstörningskallvaraeffektivtmotettradarsystemmåstebrusetvarakraftigareänmålekot.Radarsystemsomanvänderpulskom-pressionärsvårastattstöramedbruseftersompulskompressioneninnehållerenpulskod;radarnförstärkerendastdesignalersominnehållerpulskodenochundertryckerövrigasignaler.

Brusstörningkanvarabredbandigeller smalbandig.Bredbandigstörningkrävermycketenergi,annarsblirverkanbegränsad.Lyckasdäremotdenbred-bandiga störningen täckahela radarbandetmedtillräckligtmycketenergiärdeneffektiv,dådeflesta radarsystem inteharnågonmotåtgärd somdekansättainpåkorttid.Förattfåavseddeffektkrävsattstörsändarenharmyckethöguteffektellerattdenstårnäramottagareniradarsystemet.

Smalbandigbrusstörningkräverbetydligtmindreenergieftersomstörsys-temetfokuserarenergininomettbegränsatfrekvensintervall(sefigur58somvisarprincipenförsmal-respektivebredbandigstörning).Störutrustningenvidsmalbandigstörningmåstekunnakännaav,detektera,inomvilketfrekvensin-tervallradarsystemetsänderförattkunnaanpassasinstörningtillrättfrekvens-område.Lyckasdenmeddetärsmalbandigbrusstörningeffektiv.

103


Vilseledandestörsändningsyftarprimärttillattåstadkommaenavhakning,dvs. att radarsystemet, ofta eldledningsradar eller målsökare, skall tappa sinlåsningpåmålet,vilketkanåstadkommaspåprimärttresätt:

• Avståndsavhakning

• Hastighetsavhakning

• Vinkelavhakning

Oftakombinerasvilseledandestörsändningmedenpassivåtgärdsomt.ex.remsfällningmedsyftetattradarnellermålsökarenskalllåsaöverpåremsmol-net.Nedanbeskrivsikorthetdeolikaavhakningsmetoderna.

Avståndsavhakninganvänds föratt fåexempelvis en radareller robotattberäknaframförhållningenfelaktigtellerattlåsaöverpåettfalsktmålsomettremsmoln.Avhakningengenomförsitresteg:

• Första steget för störsändaren är att skapa ett skeneko för attdöljamåle-kot.Detgördengenomattsändaenkraftigpulstillradarnmedminimalfördröjningsomfårradarnatt sänkasin förstärkning.När förstärkningen

Figur 58. Princip för bredbandigt (övre figuren) och smalbandigt (undre figuren) brus. (Källa: FOI)

Am

plitu

dBbrus

f

Am

plitu

d

f

Bbrus

Am

plitu

d

Bbrus

f

Am

plitu

d

f

Bbrus

104


sänkskommermålekotintelängresynas;detdöljsavstörsändarensskapadeskeneko.

• Stegtvåärattsändastörpulsenmerochmerfördröjtsåattskenekotvandrarbortfrånmålekot.

• Istegtreavbryterstörsändarensinsändning;eftersomradarnsänktsinför-stärkningkommerdenintehittamålekot iavståndsluckanutangåröveriminnesföljningfrånsenastkändaochdåfelaktigaavstånd.Stegtrekanförstärkasgenomattettremsmolnläggsutpådetavstånddärstörsändarenavbrötsinsändning;radarnkommerdåeventuelltattlåsapåremsmolnet.

Avståndsavhakningbörkombinerasmedenundanmanöveravplattformen(idettaexempelettflygplan).

Hastighetsavhakningkananvändasnärett radarsystemföljerpådoppler,dvs.den frekvensökning eller sänkning relativt till den egna sändfrekvensensomettrörligtmålgerupphovtill.Endeljaktflygplanharsådanaradarsystem.Genomattföljapådopplermätermanhastighetenochundertryckerpåsåsätteffektivtmarkklotter.Principenförhastighetsavhakningärlikavståndsavhak-ning,menihastighetsavhakningmanipulerarstörsändareniställethastighetengenomattstöradopplersvaretimålekot.Hastighetsavhakningskerocksåitresteg:

• I det första steget skapar störsändaren ett skeneko för att dölja målekotgenomattsändaenkraftigpulstillradarnmedminimalfördröjning,vilketfår radarn att sänka sin förstärkning. När förstärkningen sänks kommermålekotintelängreattsynas;detdöljsavstörsändarensskapadeskeneko.(Dettaäranalogtmedavståndsavhakning.)

• Stegtvåärattskapaenfalskdopplersignalgenomattstegvisförsiktigtför-ändrafrekvensenistörsignalen.Radarnkommerattuppfattadetsomattplattformenändrarhastighet.När radarn följerpå felhastighet gårmanövertillstegtre.

• Dettredjestegetinnebärattmanstängeravstörsändaren;radarnkommerdåattgåöveriminnesföljning(analogtmedavståndsavhakning).Ävenhärärdetlämpligtattplattformengenomförenundanmanöver.Avhaknings-störningärettsättattskapasigtidförenundanmanöver.

Dentredjeavhakningsmetodenkallasvinkelavhakning.Syftetmeddennaär att vrida bort radarantennen från målet.Vinkelavhakning är framför alltintressantattgenomföramoteldledningsradarer.Eneldledningsradarsträvarhelatidenmotattpekaraktmotmålet(sekapitel2förennärmarebeskrivning

105


avolikaföljningsprinciperfördessaradarsystem).Förennuterandesändare,vilkenbeskriverencirkelrörelsekringmåletochmäterinvarivarvetdenfårstörstsignal,kommerdenattsträvamotattfåensignalsomärlikastarkvarvetrunt,dvs. att radarnpekar raktmotmålet som ligger i centrumav cirkeln.Vinkelavhakningskeritvåsteg:

• Förstastegetärattstörsändarenmäterrotationshastigheten,nutationen,påeldledningsradarnförattfåredapåhursnabbtradarnroterar.Närdetärfastställtgårmanövertillstegtvå.

• Stegtvåinnebärattstörsändarenförstärkerradarsignalenpåsammaställeirotationsvarvetvarjevarv.Låtosssomexempelsägaattstörsignalenkom-mernärradarnpekarrakttillvänsterommålekot.Radarntrordåattdenliggerförmycketåthögerochkommerattvridaantennenåtvänster,förfa-randetupprepasocheldledningsradarnkommerhelatidenattvridaanten-nenmerochmeråtvänster;inomkorthardentappatmålet.Nuterandeeldledningsradarerärrelativtenklaattvinkelavhakavarförmodernasystemharenannanföljeprincip,vilkenkallasmonopulsteknik.

Grundprincipenförenmonopulsradarärattdenhar fyra fasta lober förattberäknavinkelinformationen.Radarpulsensändsutsamtidigtiallalobernagenomfyrasändare(sekapitel2förennärmarebeskrivningavmonopulsra-darn)ochtasemotifyramottagare.Styrkanmedmonopulsteknikenärattenendapulsinnehållerallvinkelinformationfrånmålekot.Ennuteranderadarkräver många eko-pulser för att få vinkelinformationen, vilket gör den mersårbar.Konsekvensenavdettaärattenmonopulsradarärmycketsvårareatthakaavgenomvinkelavhakning.Detfinnsdocksättattvinkelavhakaenmo-nopulsradar.Deneffektivastemetodenbedömsvaraattanvändaenbogseradstörsändare(flygfallet).

Enbogseradstörsändaresläpasienvajercirka100meterbakomflygplanet.Syftetäratteneldledningsradarellerrobotskallgåmotstörsändareniställetförflygplaneteftersomstörsändarenskaparettkraftigareekoänflygplanet.Oftaärdensläpadestörsändarenbaraeneko-förstoraremendetfinnsnågrasomocksåkanmodulerasignalentillvissdel.Omenrobotgårmotdensläpadestörsän-darenkommer troligen inte zonröret attutlösa roboten eftersomden fysiskastorlekenpåstörsändarenärförliten,utandenpasserarheltenkeltförbi.

• Passiva radarmotmedel

De vanligaste passiva radarmotmedlen är remsor, reflektorer och signaturan-passning.Remsorvardetförstamotmedletmotradarsystemochärfortfarandeidagettavdevanligaste.Remsorärmetallbelagdaglasfibertrådarsomreflekterar

106


radarstrålningenochgenererarpåsåsättettstortradarekogenomattskapaettremsmoln.Tankenmedremsmolnetärattdöljadeskarpamålekona,ellerattfåetthotsystemellerrobotattlåsaöverpåremsorna.

Radarreflektorer används för att skapa skenmål med stor radarmålyta.Skenmålmotradarsystemanvändsofta iflygsammanhangochärofta riktatmot luftförsvaret.Skenmålenkannyttjas förolika taktiska syften såsombe-kämpningmedsignalsökanderobot,attstartauppfiendensjakt,atttändauppradarstationer såattdekan lokaliseras samtäven inmätningavparametrar isignalspaningssyfteochförVMS-hotbibliotek,ellerförattriktauppmärksam-hetenåtettannathåll.

Signaturanpassningavplattformargörsförattförhindraellerförsvåraupp-täckt, inmätning, låsning och bekämpning av plattformen. En lyckad signa-turanpassningmedförattmotståndarenaldrigupptäckerplattformeneller,vadsomärsannolikare,atttidsfönstretförmotståndareattkunnabekämpaplatt-formenblirförlitet.Ensvårighetmedsignaturanpassningärmanintekanopti-meraplattformenmotbaraenvåglängd(frekvens),t.ex.radar,utanattdenärenkompromissmotettstortantalolikavåglängdsområdensomradar,IR,optiskt,akustiskt,magnetism.Prioriteringsordningengår från störsthot till lägsthotförplattformen.Beroendepåomplattformenärmark-,sjö-ellerluftburenkanprioriteringarnabliolika.Inomradarområdetärabsorberingavradarenergiochbortvinklingavradarenergiförattminskaradarmålareandeviktigaste.

• Elektrooptiska motmedel

Deaktivaelektrooptiskamotmedlendominerasavlasertekniken;manbenäm-nerdemoftastantisensorlaser.FacklormotIR-robotarbetecknassomettpas-sivtmotmedel.Antisensorlasraranvändsinombådedetvisuellaochinfrarödaområdet.Dekananvändasförattblända,störa,vilseledaochocksåförstöraensensor.Antisensorlasernanvändsoftastmot spaningssensorerellermålsö-kare.Enantisensorlaserinvisasavnågotannatsystemellersensorförattsedankunnaverkamotmålet.(Ennärmarebeskrivningavantisensorlasraråterfinnsikapitel6.)AntisensorlasrarärenundergruppilasersystemochflerabedömareiUSAanser attutvecklingenavolika lasersystemkommer att förändradentaktiska situationen på stridsfältet fram till 2020. En begränsande faktor ärdockdenhögakostnaden.

FacklorärenelektrooptisktypavskenmålsomäravseddattanvändasmotIR-robotar.Enfacklasomskjutsutfrånenplattformbrinneriettvåglängds-områdesomenmålsökarearbetarinom.Enfärgsfacklor,somärdenäldstaty-penavfacklor,emitterarihuvudsakinomvåglängdsområdet3–5mikrometer.Avsiktenär att roboten skalluppfatta facklan somett intressantaremålochlåsaöverpåden.Utvecklingenavfacklorgårmotattdeskallkunnaemittera

107


strålningibådaIR-våglängdsområdenasomanvänds,dvs.både3–5och8–12mikrometer. Denna typ av facklor kallas tvåfärgsfacklor. Orsaken till dettaärdenklasiskakampenommedelochmotmedeldäralltflermålsökarekandiskrimineradetvåvåglängdsområdenaochpåsåsättväljabortenenfärgsfack-ladådenuppvisarmycketlitenemissioninom8–12mikrometersområdet.

UtvecklingenavavanceradeIR-robotarmedmålsökaresomkandiskrimi-nerafleravåglängderellerärbildalstrandeharmedförtattdetbehövsettalter-nativtillfacklor.EnutvecklingdetsatsasmycketpåärDIRCM(Directional Infrared Countermeasures),enantisensorlaser somriktas inavt.ex.enrobot-skottsvarnareavUV-ellerIR-typ.

8.3 VMS Luft

8.3.1 Inledning

Förattskyddaenflygandeplattformutnyttjasvanligtvisenradarvarnareochettmotverkanssystem.Varnarendetekterar,klassificerarochidentifierardesig-nalersomtasemot.Dettaskergenomattmätaindeinkommandesignalernasparametrarochstruktureraalladataförattsedanjämförademmotdettele-krigsbibliotek,varnar-ochåtgärdsbibliotek,somfinnsinladdatisystemdatorn.Parameterinmätninganvänds för att identifieraemittrar (radarer)genomattvärderadeparametrarsomärkaraktäristiskaförradarn,t.ex.bärfrekvens,puls-längd,ankomsttid,antennsveptypochfrekvensmodulation.

Telekrigsblioteketäruppdragsorienterat,olikabibliotekanvändsberoendepåhurhotetbedömsvaraförjustdetuppdragetochladdasinstraxförestart.En viktig aspekt på ett varnarsystem är tiden. Varnaren måste vara mycketsnabbochreagerapåmikrosekundsnivå,vilketställerstorakravpåsystemet.Detmedföratttelekrigsbiblioteketbehöverskräddarsysförattinteriskerapro-blemmedattidentifierahotetpga.tvetydigheterellerattidentifieringentarförlångtid.MotverkansdeleniVMSkanbeståavbådeaktivaochpassivasystem.Denaktivakomponentenär störsändarenochdepassivakomponenternaärremskastare/fällare.Störsändarenbehöverparameterinformationomdesigna-lersomdenskallstöra.Informationenkankommaantingenfrånenintegreradmottagare i störsändareneller från radarvarnaren,beroendepåhur systemetdesignatsförplattformen.

VMSskallävenkunnahanteraIR-hotetmotplattformen.SomskyddmotIR-robotar integrerar man även någon typ av robotskottsvarnare i systemet.MotverkansdeleniIR-falletärtraditionelltfacklormenmålsökarnaiIR-robotarbliralltmersofistikeradeochklararavattsorterautattenfacklaärettskenmålochgårpåplattformen.DemestmodernaIR-robotarnaharbildalstrandemål-sökareochdåfungerarintefackelfällning.Förattmötadetnyahotsomdenya

108


Figu

r 59

. Prin

cipi

ellt

bloc

ksch

ema

för

ett V

MS

med

var

nare

, bib

liote

ksfu

nktio

n oc

h m

otve

rkan

(st

örni

ng).

(K

älla

: FO

I)

VAR

NA

R-

MO

TTA

GA

RE

HO

T-ID

EN

TIFI

ER

ING

HO

T-B

IBLI

OTE

KÅ

TGÄ

RD

S-

BIB

LIO

TEK

TEK

NIK

-G

EN

ER

ER

ING

BR

US

-K

AN

AL

DR

FM-

KA

NA

L

RE

PE

TER

-K

AN

AL

SLU

TSTE

G

PAR

AM

ETR

AR

Frek

vens

PR

IP

ulsl

äng

AO

A

EM

ITTR

AR

PS

05

Slo

t Bac

kA

N/A

PR

-74

PLA

TTFO

RM

AR

JAS

MIG

-29

F-16

STÖ

RFO

RM

ER

Bru

sFa

lska

mål

Dop

pler

avha

knin

g

10�


målsökarnautgörharmanutvecklatettantisensorsystemsombenämnsDIRCM(Directed Infrared Countermeasures)sombländarellerförstörmålsökaren.

VMS-systemet skyddar inte bara flygplanet mot hot. Det understöderdessutomflygföraren så attdennehar enkorrektomvärldsuppfattning,delsför att kunna sätta in rätt motåtgärder och dels för att kunna anpassa sittuppträdande.Detcentralaiomvärldsuppfattningenärattpilotenharkunskapomvilkaplattformarochluftvärnssystemsomfinnsidennärmasteomgivning-enochluftrummet.Deolikaplattformarnainklusivelv-systemlistasipriori-tetsordningmeddetfarligastehotetförst.Presentationenavhotenförpilotenkanseutpåettantalolikasättberoendepåvilkenmetodiksomharvalts.Ettvanligt förfarande är att placera symbolen för hotet på indikatorn i sammariktningsomhotetsbäringochavståndettillcentrumrepresenterarhurfarligthotetär;juhögreprioritet,destonärmarecentrum.Envariantärattplaceradetfarligastehotetuteiperiferinpåindikatorn.Fördelenmeddensenareärattpresentationeninteblirsågrötigochdärmedenklareförpilotenatttolka.

Näretthotharidentifieratsföreslårsystemetenåtgärd;dettakanocksåskeautomatisktberoendepåhotetsfarlighetochtidsfaktorn.

8.3.2 Riktningsbestämning

Varningssystemetskallintebarakunnamätainradarsignalensparametrarutanocksågeenriktningtillhotetsombeskrivitsovan.Riktningsbestämningkangenomföras med olika metoder som t.ex. amplitudmonopuls, fasmonopulsoch långbasinterferometri. FörVMS är amplitudmonopuls den metod sombedömssomvanligast.

Vidamplitudmonopulsärantennernaplaceradesåattdeärriktadei liteolikariktning,mankansägaattdeskelar.Varjemottagenpulsidebådaan-tennernakommerattthaenunikkombinationavamplitudstorlekar(sefigur61).Fördelenmeddennametodärattmanintebehöverkännatillfrekvensenpåsignalenochattdenärbredbandig.Dennoggrannhetsomerhållsliggerpåcirka5grader,vilketbedömssomgodtagbart.

Figur 60. Schematisk skiss som visar hur presentationen av hot kan se ut på en varnarindikator. (Källa: FOI)

110


Figur 61. Hotriktningen fås genom att jämföra signalen i varje antennriktning. Kombinationen av U1 och U2 ger en bestämd riktning. (Källa: FOI)

1

2U

U

HOTRIKTNING

Antenninstallationen ärofta gjord i vingspetsarnapåflygplanetochmed45gradersvinkeliazimut,vilketgerengodruntomtäckning.

8.3.3 Störning

Nedankommerolikastörteknikerikorthetattbeskrivas.Repeterstörningge-nomförsmedmodulatorersomläggerpådenmottagnaradarsignalenenbrus-modulering,amplitudmoduleringellerettfrekvensskiftochpåsåsättkanmanmedhjälpavenförstärkaregenereraengodtyckligtfalskradarmålarea.

DRFM-störning (Digitalt RadioFrekvensMinne) genomförs med hjälp avenDRFM-störkapsel,somspelarinochlagrarradarsignaleniettdigitaltminnesom sedan kan återutsända radarsignalen vid godtyckligt vald tidpunkt. Denåterutsändasignalenärmycketnaturtrogenochradarsystemetharsvårtattskiljadenfrånettriktigtmåleko.DenanalogaRF-signalen,radarpulsen,digitaliserasienA/D-omvandlareochlagrasdigitaltiettminne.Iminnetkansignalenlagrassålängesomönskas;närmansedanvillsändautden,gårdenviaenD/A-om-vandlareochsändsutsomennaturtrogenradarpuls(sefigur62).

Medbrusstörningskapasenhögrebrusnivå i radarnsomdöljermålekonochdåsärskiltekonsomärsvagare,dvs.längrebort.Ifigur63visasprincipenförhurbrusstörningfungerar.

111


1101010010011101010100111101011101010111

RF A/D-omvandling

Lagring D/A-omvandling RF

1101010010011101010100111101011101010111

RFA/D-

omvandling Lagring D/A-omvandling RF

Figur 62. Princip för hur DRFM är uppbyggt. (Källa: FOI)

Avstånd

Am

plitu

d

SNR

RRmax

Am

plitu

d

Avstånd

SNR

R RR

J

maxstörd

Avstånd

Am

plitu

d

SNR

RRmax

Am

plitu

d

Avstånd

SNR

R RR

J

maxstörd

Figur 63. Figurerna visar principiellt hur ekot (spetsig stapel) växer i styrka med minskat avstånd. I den undre figuren har brusstörning tillförts. (Källa: FOI)

112


EttmoderntVMSmåstekunnaanpassasinastörformerberoendepåhurhotradarnändrarsinarbetsmod.Omhotetärettannatjaktflygplansoman-vänder sinnosradar för spaning, inmätningeller följningsåkommerradarnhaolikakaraktäristikideolikaarbetsmoderna.Detärdåviktigtatthastör-modersomanpassar sigefterdenarbetsmodsomnosradarnpådetfientligajaktflygplanet använder. Figur 64 visar ett exempel på hur störsändaranten-nernakanplaceraspåettflygplan.

8.4 VMS Sjö

8.4.1 Inledning

Marinasjöstridskrafteropererarutetillhavs,kustnäraelleriskärgårdpåochunderytan.Denmarinamiljönochdeuppgiftersomplattformarnaskalllösamedförattdetfinnsskillnaderitelekrigssynpunktjämförtmedmarkochflyg-förband,vilketocksåinnebärattdetblirvissaskillnaderpåutformningenavVMS.

DemarinaplattformarnaanvändersinutrustningförtelekrigsinsatseriettbredareperspektivdärVMSärendelmängd.Destörrefartygenharoftamöj-lighetattocksåsignalspanamottekniskasystem(TES),t.ex.radar,ochkom-munikationsspana(KOS).Fartygenharoftaenoperatörombordsomskötersystemen,vilketmedförattdeharmöjlighetattväljamellanmanuellochau-tomatiskmod.

MarinafartygfrånminsvepareochuppåtistorlekharnormaltnågonformavtelekrigsförmågaochdärmedVMSinågonform.Vanligastärattfartygetharenenklareteknisksignalspaningsutrustning(TES)somanvändsförvar-ning.Tilldettakopplasnormaltnågonformavmotmedelssystemi formavremsoch/ellerIR-motmedelskastare.Vissaavdessasystemkandessutomnyttja

Figur 64. Sändarantennernas placering för EWS-39 på JAS. RAU är Rear Antenna Unit, FPU är Fin Pod Unit och FAU är Forward Antenna Unit. (Källa: FOI)

113


kombinationsammunition som har förmåga att påverka radar- och IR-mål-sökare,TVochlasersikten.Utöverdettamedförfartygsomharytstrids-ochluftförsvarsuppgifterdessutomoftanågonformavradarstörare.Utrustningförattstöraoptikmotolikatyperavoptronik,såsomrobotarsåvälsomkikare,ärsprittinomfleramariner.

8.4.2 VMSinomSjö

TESanvändsförföljandeuppgifterimarinasammanhang:

• Egenskyddgenomupptäcktavtidskritiskahotsomrobotar(varning)samtinvisningavluftförsvarssystemochmotmedel(motverkan)

• Skapandeavunderlagförbekämpning

• Underrättelseinhämtningochplattformsidentifieringförattskapaenom-världsuppfattning

Spaningssystem inom optronikområdet används för följande uppgifterinommarinasammanhang:

• Upptäcktavinkommandemissiler(passivrobotskotts-ochrobotvarnare)

• Upptäcktavoptikriktadmotegenplattform

• InvisningavIRochlaserstörare

• Underlagförinsatsmedfacklorochrök

För att arbeta medTES-utrustning som då inkluderarVMS brukar detoftast vara en operatör som hanterar utrustningen. Optikspanare och laser-varnarekanarbetaautonomtmedmöjlighet att förse ledningssystemetmedinformation.

Motverkanmotradarmålsökaregenomförsmotinkommanderobotariav-hakandesyfteochmotmotståndarensradarförattminskaräckviddenpåspa-ningsradarn.Störningenmotmålsökarenirobotenkombinerasmedattsamti-digtgörainsatsmedrems-ochIR-motmedelförattpåsåsättfåensäkrareochsnabbareavhakningmotroboten.Ärfartygetinteutrustatmedradarstörare,används rems- och IR-motmedel i kombination med undanmanöver. Pyro-teknisktgenererademotmedel innehållerantingenrems,rökellerIR-fackloralternativt en kombination av dessa. Dessa motmedel används tillsammansmedundanmanöverförattavhakarobotellerförsvårasiktenförledstrålestyrdavapen.

114


Störningmotradarkangenomföraspåolikasätt:

• Brusstörning(maskerande)

• Falskamål(mättande,avhakande)

• Vinkelavhakning

• Hastighetsavhakning

• Avståndsavhakning

• Kombinationeravpunkternaovan

• Pyrotekniskamotmedel

Störningmotoptronikkangenomföraspåolikasätt:

• Pyrotekniskamotmedel

• Laserstörare

• IR-störare

Dennatypavstörninganvändsmestiformavavhakningsinsatsmotrobo-tarmedIR-ellerkombinationsmålsökare.Laserstöraremotoptikharettstortvärdevidinomskärsoperationerförattskyddafartygsomt.ex.haruppgiftenattröjaminor.

TES(VMS)användsförföljandeuppgifterförubåtssystemet:

• Egenskyddgenomupptäcktavtidskritiskahot(hkp,flyg,ubåtsjaktfartyg)

• Skapandeavunderlagförbekämpninggenomkorreleringavsonarinforma-tion

• Underrättelseinhämtningövertiden

Figur65visarpåprincipielluppbyggnadpåettVMS för en fartygsapp-likation.Denvänstradelen ibildenärvarnardelenmedantenn(ESM)sommäterinradarpulser.Antennenharmöjlighetattbestämmaivilkenriktningsomradarpulsenkommerin.Dekaraktäristiskaradarparametrarnamätsinochjämförsmot etthotbibliotek för identifiering.Efterhotutvärderingpåbörjasmotverkangenomstörsändningmedlämpligstörformfrånåtgärdsbiblioteketoch/ellerremsutskjutning.

115


8.5 VMS Mark

8.5.1 Inledning

TillskillnadfrånLuftochSjöfinnsidag,2006,ännuingetVMSoperativtpåstridfordonellermotsvarandeiFM.Studierpågårinomområdetochdetsomredovisasnedangrundarsigtillstordelpådessastudierochförsök.Enskillnadsombörnoterasärattiflyg-ochsjöfalletskallträffundvikasheltmedhjälpavmotmedelmedanimarkfalletharplattformenisigoftaettballistisktskydd,vilketmedförattdenkanklaradenrestverkansomfinnskvarfrånprojektilen/robotenefterinsatsavmotmedel.

8.5.2 Systemuppbyggnad

VMSskallsessomenintegreraddelavenplattformsellerförbandsöverlev-nad. Interaktion kommer att finnas mellan de olika skalen, och det är vik-tigtattingendelsuboptimeras.VMSärinteenisoleraddelavenplattforms

Figur 65. Principiell uppbyggnad av VMS för fartygsapplikation. (Källa: FOI)

REMS-KASTARE

SÄNDAR-ANTENNER

ESM-SYSTEM

ESM-ANTENN

STÖRSYSTEM

TEKNIK-GENERATOR

TELEKRIG-DATOR

HMI

AOA

RF

116


överlevnadutan skall verka i alla faser i ”skyddslöken” (sefigur 66)utom i”efterträff”beroendepåtypavVMSochnäriduellensomhotetupptäcks.UtmärkandeförVMSärdockattinteraktionenmedhotetpåbörjasinnandenegnaplattformenträffas.VMSkannyttjasföratt:

• Gehögreskyddsnivåiallariktningar

• Kompletteraskyddetiriktningardärbristerfinns

• Minskaviktmedbibehållenskyddsnivå

EnviktigdeliutformningenavVMSärplattformensgrundläggandeegen-skaperochdåsärskiltdetballistiskaskyddet.Detballistiskaskyddetpåverkarutformningenavförstörandemotmedel.Förstörandemotmedel interagerarihuvudsakmeddeninkommandestridsdelen;detkanskepåvarierandeavståndfråndenplattformsomskallskyddas,beroendepåvilkenmotverkansformsomanvänds.Detballistiskaskyddetskalltåladebelastningarsomuppstårdåmot-medletantändssamtförhindrapenetrationavdenrestverkansomfortfarandefinnskvaravstridsdelenefterattmotmedletharinterageratmedhotet.Omplattformenintehartillräckligtballistisktskydd,finnsriskförattinteraktio-nen mellan motmedlet och hotet endast kommer att förvärra effekterna av

Före upptäcktEfter upptäckt

Före avfyrning

Efter avfyrning

Före träff

Efter träffStridstekniska motåtgärder

Ickeförstörande motmedel

Förstörande

Figur 66. ”Skyddslöken” i VMS Mark. (Källa: FM, Illustration: Samuel Svärd)

117


restverkan.DetärviktigtatttydligtdefinieravaddetballistiskaskyddetskallklaraavochvadVMSskallklaraav.

EnannandelsomingårisystemuppbyggnadärSAT(SignaturAnpassningsTeknik).Dennaläggerettgrundskyddförplattformengenomattreduceradesssignaturisåstorutsträckningsommöjligtförattförsvåraupptäckt,klassifi-cering och identifiering och därmed reducera motståndarens tidsfönster förbekämpning, samtidigt somdet egna tidsfönstret kanutökasochge tid förstridstekniskaåtgärder.Envälanpassadsignaturkantillsammansmedanvän-dandetavmotmedel fåenbraeffektexempelvisvidavskärmning(rök)ellervilseledning.ManskalldockvaramedvetenomattanvändandeavVMSurvissaaspekterökardenegnaplattformenssignatur.Aktivasensorerkandetek-teraspåmycketlångthållochmångasensorerharoptik,vilketkanupptäckasmedoptikspanare.

8.5.3 MotverkanssystemiVMS

VarnardeleninomettVMSärrelativtgeneriskinomdetrearenorna.Varnar-sensorernaarbetarinomolikavåglängdsområdenochgerenvarningtillsys-temetomdedetekteraretthot.Detärmiljönochhotbildensomavgörvilkatyperavsensorersomanvänds.

Det som framför allt skiljer ett VMS för markbundna plattformar frånexempelvisettVMSför luftfalletärmotverkanssystemen.Detharsinkopp-lingtillattduellsituationenimarkfalletärmerkomplexänvadsomnormaltuppståriluft-ochsjödomänen,t.ex.attantaletplattformarpåenlitenytaärbetydligt fler och att tidsförhållandena kan vara mycket korta då många avhotengerkortförvarningstid.InommarkdomänenhandlarinteVMSenbartomökadskyddsförmågagenomattpåverkainkommandestridsdelarutandetmåsteocksåstödjaoperatörenfråndetattduellenpåbörjastilldessatthotetärnedkämpatellerintekanpåverkaegenplattformellerförband.Inommarkare-nanräknarmanocksåmedattplattformenharettvisstballistisktskydd.

Inommarkarenandelasmotverkanuppitretyper:Stridstekniskamotåtgär-der,ickeförstörandemotmedel(soft kill)ochförstörandemotmedel(hard kill).

8.5.4 Motverkanssystemförplattform

Stridstekniskamotåtgärdergenomförssomregelmanuellt.Operatören/opera-törernafårstödavsystemetgenomenhotvarning.Stridstekniskamotåtgärderärtidskrävandeochvarningenskallhelstkommainnanavfyrningharskett.Öv-rigamotverkansformerböralltidkombinerasmedstridstekniskamotåtgärderförattökamöjlighetentillöverlevnad.Effektenavenstridstekniskmotåtgärdärstarktberoendepåattdenutförsvidrätttillfälleochpårättsätt.Felaktigt

118


utfördmotåtgärdkanökahotetsmöjlighetertilleffekt.Avdenanledningenärpresentationenavhotinformationtilloperatörenmycketviktig.

Icke förstörande motmedel är åtgärder som syftar till att minska hotetsträffsannolikhet. Detta kan genomföras semiautomatiskt eller automatiskt.Automatiska motåtgärder används då tiden inte medger att operatören kanvara inblandad i motverkansförloppet. Semiautomatiska motmedel användsnärtidenmedgerdettaellerandrafaktorergörattautomatiskamotmedelintekananvändas,t.ex.säkerhet,kravpåidentifieringavhotm.m.Primärtärdetplattformensegnasensorersomanvänds.Ickeförstörandemotmedelbörkom-binerasmedstridstekniskamotåtgärder.

Förstörandemotmedel innebär attmanmekanisktpåverkarden inkom-mandestridsdelenoch/ellerhotetsstyr-ellerinvisningsfunktion.Förstörandemotmedelgenomförsalltidautomatiskt.Anledningentilldettaärdenmycketkortaförvarningstidensamtattdessamotmedelkräverstorprecision.Dennatypavmotmedelarbetarmedsensorinformationfråndenegnaplattformen.All förstörandemotmedelbyggerpå attplattformenhar tillräckligtbrabal-listisktskyddförattfångauppkvarvaranderestverkan.Förstörandemotmedelskallkombinerasmedstridstekniskamotåtgärder.

FöratterhålladetskyddsomVMSförväntaskunnage,krävsatthelaked-janfrånvarningtillmotverkanfungerar.Omnågondelikedjanintefungeraråterstårendastdetballistiskagrundskyddet.

8.5.5 Motverkaniförband

Förattkunnahanteraheladuellsituationenkrävsattbådedeninkommandestridsdelenochdensomlevererade stridsdelenhanteras.Stridstekniskamot-åtgärder,somsyftartillattantingenbekämpa/neutraliseradensomlevereradehotet alternativtmanövrera till enplatsdärhotsystemet ejkanpåverkadenegnaplattformen,måstevidtas.Enenskildvagnbedömshabegränsademöj-ligheterattpåverkahotet.Denkommerhafulltuppmedattöverlevadenin-kommandestridsdelen.Möjlighetenattpåverkaleverantörenavstridsdelenärberoendeavdenegnaplattformensskyddsnivåocheldkraft.Ettlättbepansradfordonmedunderlägseneldkraftkommertroligtvisintekunnapåverkahotetmedant.ex.enstridsvagnkommeratthaheltandramöjligheter.

Studiervisaratthögsteffektuppnåsmedstridstekniskamotåtgärderikom-binationmedVMSommanlämnardenenskildaplattformenochövergårtillförband.Genomattsändahotinformationtillandraplattformarinomförban-detkommermöjligheternaattpåverkahotsystemetattökaavsevärt.Densomintedirektärutsattförbekämpningharheltandraförutsättningarattbekämpahotet(sefigur67).Hotinformationfrånandraplattformargerpåsåsättettförhandslägemothotet.

11�


Figur 67. Den utsatta vagnen kommer ej ha möjlighet att påverka den som levererade hotet. (Källa: FM, Illustration: Samuel Svärd)

VMS

Stridsfältskontroll ÖverlevnadSLB

Figur 68. Exempel på överföring av information inom förband. (Källa: FM)

120


Översändningavhotinformationgerökadomvärldsuppfattninginomhelaförbandet.Denökadeomvärldsuppfattningenkananvändas föromedelbarastridstekniska åtgärder fördeplattformar somärdirektberörda,menocksåsombeslutsunderlagförcheferihögrenivåer(sefigur68).

8.6 Sensorer för signalspaning

Signalspaningkanbedrivasmotiprincipallaaktivasensorerochsändareinomdetelektromagnetiskaspektrumet.Enstorfördelmedsignalspaningärattdenärpassivochdärigenominteröjersig,varförmotståndarenalltidmåstetahän-syntillattdetkanfinnassignalspaningiområdet.Dengodayttäckningenochförmåganattlokalisera,samtattivissafallävenkunnaidentifiera,medförattsignalspaningharegenskapersomurettledningsperspektivärattraktivt.Läg-germaninsignalspaningpåentidsaxelgenomförsverksamhetenmedbehovs-kravfrånsekundertilluppemotår.Beroendepåtidskravetbrukarmandelainsignalspaningitvådelar:ES(elektronisksupport)ochSIGUND(signalunder-rättelsetjänst).ESarbetaritidshorisontensekundertilltimmarochharstridenifokus,varförESgenomförsavFörsvarsmakten,medanSIGUNDarbetariettlängretidsperspektiv,fråntimmartilluppemotår,därFörsvaretsradioanstalt,FRA,hartyngdpunkten.EnexaktgränsmellanESochSIGUNDärsvårattdradåverksamheternagårivarandraivissmån.Skallenskiljelinjedras,fårES anses stödja taktiska aktiviteter och nedåt inkluderande telekrig, medanSIGUNDstödjerfrånregeringsnivånnedtilltaktiskachefer.VidarelevererarSIGUNDäventekniskadatasomärunderlagförbl.a.telekrigsbibliotekspro-duktion.

Signalspaningdelasinitvådelar:kommunikationsspaning(KOS)ochtek-nisksignalspaning(TES).KOSinnehållertvåkomponenter,varavdenenaärattlokaliseraochgenomkrysspejlingpositionerasändarensamtidentifieravil-kentypavsändaredetärförattsättaindeniettorganisatorisktsammanhang,ochdenandraäratt lyssnaav,ochävenspela in,vadsomsägsunderkom-munikationen.Teknisksignalspaningärmerinriktadpå,utöverlokalisering,att identifieraoch registrera en sändaresparametrar såsomprf, sändfrekvensochpulslängdförattavgöratypavsändareinomt.ex.radarområdet.Dennainformationliggersedanbl.a.somgrundförattproduceratelekrigsbibliotektillVMS.Radarvarnarepåplattformararbetarenligtsammaprincipsomensignalspaningssensor,meniVMSsammanhanghardensomprimärtsyfteattskyddaplattformen.

Ensignalspaningssensorarbetarmedattsorterasignalernaeftersärskiljandeparametrar,sådanasomskiljerutsändaren.Förpulssortering(fördessapara-metrarkrävsendastenpuls)användsframförallt:

121


• Infallsriktning

• Pulslängd

• Bärfrekvens

Utöverdettakansignalspaningenbestämmaandraegenskaperhosradarnsåsompulsrepetionsfrekvens, antenndiagram, arbetsmod (sökning) eller vin-kelföljningsmod(monopuls, lobnutation),menfördettakrävstvåellerflerapulserförattkunnabestämmaegenskaperna.Exempelpåslutsatsersomkandrasärtypavradar,prestandaavseendevinkel-respektiveavståndsupplösning,positionochstörskyddsegenskaper.

Inmätta signaldatakananvändasbåde teknisktoch taktiskt.Exempelpådatasomkanmätasinärfrekvensochfrekvensväxlingsmöjlighetersomtalaromhuroftaradarnkanbytafrekvens,mellanvilkafrekvenserdenkanhoppaochvilkenPRFradarnanvänder.Vidarekanmanefteranalysbestämmapuls-kodensomanvändsförpulskompression.Dessadatakananvändastaktisktförattoptimerastöreffekten,såsomnärstörarenbörstartasuppochhurstörfor-menskallvarautformad.Urettteknisktperspektivkansammadataanvändassomunderlagförattklassificeraradarnochkombineratmedandradataanvän-dastillhotbiblioteksproduktion.

KOS inom VHF-området genomförs från olika plattformar; räckviddenärberoendeavhöjdensomsignalspaningsantennenbefinnersigpå.Ettflyg-plansombefinnersigpå3000metershöjdtäckerettområdemedenradiepå250km,medanenmarkpejltäckerenytamedenradiepå30km,förattupptäckaen50Wsändare.Globalsignalspaningskermedsatelliterpåfrek-vensområden frånVHF-områdetochuppåt,ochävenrelativt svaga signalerfångasupp.EttväxandeområdeärattanvändaUAV:erförsignalspaning,somenföljdavattsensorernaminskarbådeistorlekochvikt.

8.7 Dataförsörjning VMS

Förattmodernavarnings-ochmotverkanssystemskallhaavseddverkankrävsattde laddasmedomvärldsinformation, s.k. telekrigbibliotek.Dessabiblio-tek innehåller informationdels omemittrar (sändare) och vapensystem, föridentifiering, dels om olika motmedelsåtgärder, för egenskydd. Utan dennainformationfungerarintetelekrigsystemenfulltut.

Vissatyperavsystemkanverkamedbegränsadfunktionalitetidefalldeärbemannadeavensignalspaningsoperatör,medandetförandrasystemuppstårett fullständigt funktionsbortfall om information saknas. Utan informationomemittrar(sändare)ochvapensystemkansystemeninteidentifierasignalerfrånomvärlden.På sinhöjdkanman avgöra vilkenkategori av emitterdet

122


ärfråganom(flyg, luftvärnetc.)mendetgårinteattbestämmanationalitetoch/ellerexakttyp.Kanmanintesäkertidentifieraomgivandeemittrarärdetocksåomöjligtattavgöraomdeärfarligaellerinte,ochdetgårföljaktligeninteattbedömaomegeninsatsärnödvändigförattskyddadenegnaplattformen.Vidarefinnsriskförvådabekämpningavegnaplattformar.

Utan kunskap om vilka motmedelsåtgärder som är effektiva mot olikafientligasystemgårdethellerinteattskyddasigmotdessa.Detsomäreffektivtmotettsystemkanhadirektmotsattverkanmotettannat.T.ex.kanradarstör-ningvaraeffektivtmotvissatyperavvapen,menmotensignalsökanderobotblireffektenattrobotenfårlättareattbekämpasittmål.Attfällaremsorkanvilseledavissatyperavrobotar,medanandrabaraserettstörremålochlättarehittarsittmål.

Förattkunnaproduceraetthot-ochåtgärdsbibliotek,telekrigsbibliotek,krävsattdetfinnskunskapinomettantalolikadisciplinerinomtelekrigetochenvälanpassadproduktionslina.Grundenföratttillverkabibliotekärkunskapinomföljandefyraområden:

• Informationomvilkavapensystemochemittrarsomkanuppträda idenfysiskaarenan.Detomfattarsåvälfientliga,egna,neutralaochcivilasystem.DettakallasmedenengelsktermförEOB,Electronic Order of Battle.

• Godatekniskaunderrättelseromovannämndavapensystemochemittrar.

• Godkännedomomdeegnatelekrigsystemensfunktionalitetochkapacitet.

• Godataktiskakunskaperavseendebådeegenochmotståndarenstaktik.

Att känna till vilka vapensystemoch emittrar somkanuppträda i och inärheten av operationsområdet är avgörande för att tillverka bibliotek. Vidtillverkning måste man begränsa antalet emittrar och vapensystem i biblio-teken,dvs.detgårinteatttamedalltsomfinnsdärförattVMSsystemdatorinteklararatthanterasåmycketinformationpåtillräckligtkorttid.Dessutomkandetuppståproblemförsystemetattidentifieraensändareomdetfinnsförmycketochtilldelaronödiginformation.Detärocksåviktigtattävenhamedneutralaochcivilasystemförattkunnaidentifieraochavskrivadessasystemvidenhotanalys,bl.a.förattundvikavådabekämpningar.

Atthagodatekniskaunderrättelseromvapensystemochemittrarkrävsföratt få godkvalitetpåbiblioteken. Identifiering av emittrar görs iblandmedhjälpavmycketsmåskillnaderidemottagnasignalerna,vilketställerstorakravpåinformationomemittrarnaskarakteristik.Äveninformationomvapensys-temensprestanda, t.ex. räckvidder, är viktiga för attprogrammeravarnings-ochmotverkanssystemet(VMS)rätt.Dennainformationerhållsgenomegensignalspaningochtekniskunderrättelsetjänst.

123


InformationenfinnsinteinprogrammeradiVMSvidleveransfrånindu-strin,utanvarjenationansvararsjälvförattsamlainochbearbetadennainfor-mationsåattdenpassardeegnatelekrigsystemen.VarjeVMSskräddarsysfördetegnalandetsochplattformersbehov.Dennatypavinformationomgärdasoftaavhög sekretess,varfördetärnödvändigtatthakompetensenoch till-gångentillinformationinomriketsgränser.

Detkrävsävengodkunskapomdeegnavarnings-ochmotverkanssyste-mensfunktionalitetochkapacitet.Olikavarnarsystemföridentifieringuppfat-taroftasammaemitterpåolikasätt.Detberordelspåsystemetsolikakarak-teristikpåt.ex.antennerochannanmottagarutrustning,delspåhursystemetbearbetarsignalersamtdesssättattkarakteriserasignaler.Föratttillverkabrabibliotekföridentifieringkrävsattmanhargodkunskapomdessaegenskaperförsittsystem.Ävenmotmedelsystemensfunktionalitetochkapacitetärvik-tigattkännatill,t.ex.kanolikastörutrustningarhaolikaprestanda.Ävenförfällarsystemförfacklorochremsorkrävsgodkunskapomdeegnasystemenförattkunnatillverkaeffektivabibliotek.Dennainformationfinnsinteinpro-grammeradnärsystemetköpsochgårhellerinteattköpa,utanmåstetasframavvarjenationsjälv,oftagenomlångaochkomplexautprovningar.Dennain-formationär,somtidigarenämnts,alltidomgärdadavmyckethögsekretess.

Baseratpåovanståendeinformationskräddarsystelekrigbibliotekenförres-pektiveplattformochuppdragstyp.Detär t.ex. stor skillnadpå innehållet iettbibliotekavsettförettmarintsystem,därdetoftastfinnsenoperatörsomtolkar informationen från systemen,ochettbibliotekavsett förettflygandesystem,därpilotenintehartidatttolkainformationenisammautsträckning.Hotbildenskiljersigocksåväsentligtåt,vilketpåverkarhurtelekrigsbiblioteketutformas.Detställsävenolikakravpåbibliotekensinnehållberoendepåupp-dragstypen.Vidt.ex.flygningpåhöghöjdmedenJAS39ärvissavapensystemofarligapga.attdessmaximalahöjdärlägreänflyghöjden,medanettuppdragmedenJAS39pålåghöjdmedförenheltannanhotbild,varfördetkankrävastvåbibliotek,ettförvarjetypavuppdrag.Förattkunnavägainsådanaaspek-ter krävs taktiskkunskap avdepersoner som tillverkardessabibliotek,delsomdenegnaplattformenmenockså,ommöjligt,kunskapommotståndarenstaktikochuppträdande.

Eftergenomförtuppdraggenomförs såväl taktiska somtekniskaanalyseravhurtelekrigsystemenochdessbibliotekfungerat.Denkunskapochdeer-farenhetermanfårfråndessaanalyseranvändsbl.a.förattytterligareförbättratelekrigbibliotekenochdärigenomfåbättrefunktionalitetitelekrigsystemen,ochattbidratilleffektivareochsäkrareinsatserförförbanden.Processenatttillverkatelekrigbibliotekbeskrivsschematisktifigur69.

Datafrånexternaochinternaleverantörerstrukturerasochlagrasiolikada-tabaserberoendepåinnehåll.Datanbetraktassområdataochkaninteanvändas

124


Tekniska underrättelser.Emittrar, vapensystem,

motmedel etc.

Systemanpassning

Urval, analys,taktikanpassning,

verifieringEOB

Systemanpassadinformation,

t.ex. för EWS39

Återmatning frånuppdrag

Analys &utvärdering

Återmatning av

erfarenheter

Interna & externadataleveranser

Tillverkning av telekrigbibliotek

itelekrigsystemen,varnings-ochmotverkanssystemen,utananpassning.FörattdatorniettVMSskallkunnahanterainformationenkrävsattdenanpassas,vil-ketskervidsystemanpassningen.NärdettaärgenomförtlagrasdenanpassadedataniennydatabassomärdedikeradförettvisstVMS.Närettbibliotekskallproducerasärdeturdennadatabasmanhämtarinformationochgörsitturvalavemittrarm.m.Närbiblioteketärproducerat,verifierasdetinnandetsändsuttillförbandenföranvändning.Eftergenomförtuppdragåtermatasinformationför analysochutvärdering.Vidbehovuppdaterasdatabasen för att förbättrakvalitetenpånästabiblioteksomproduceras.

Tidsaspektenföratttillverkatelekrigsbibliotekvarierarberoendepåivil-kenfasisystemets livscykelmanbefinnersig.Vidinförskaffandeavettnytttelekrigsystem krävs djupgående analys och utprovningar för att lära kännasystemetochkommaframtillhurinformationenskallanpassasförattgebästamöjliga effekt. Det handlar ofta om flera år innan tekniskt och taktiskt välfungerandebibliotekkanproduceras.Därförärdetviktigtattdennaprocesspåbörjassåtidigtsommöjligt,långtinnansystemenärfärdigaattlevererastillförbanden.

Vidnyamissioner,inyageografiskaområden,krävsocksåenlängreförbe-redelsetid.Dåhandlardetinteomattlärasigsystemen,utanomattlärasigsignalmiljön och hotmiljön i missionsområdet. Det gäller att ha en korrekt

Figur 69. Principiell process för tillverkning av telekrigsbibliotek. (Källa: FM)

125


Electronic Order of Battle ochattanpassaeventuellnyinformationtilldeegnatelekrigsystemen.Detkanhandlaomfrånveckortillmånaderiförberedelse-tid,beroendepåtillgångtillinformationochkomplexitet.

Manfårocksåvarabereddpåattgörastörremodifieringaravbibliotekeniinledningsskedetavnyamissioner.Underenpågåendemissionkandetdykauppnyinformationsompåverkarinnehålletibiblioteken,t.ex.nyahotsystemochemittrar.Dessamåstedåinförlivasibiblioteken.Dennaprocesslösesnor-maltinomloppetavtimmarellerdagar.DettaarbeteunderlättasväsentligtomdetfinnserfarentelekrigspersonalpåplatsvidenmissionsomkansamarbetasåvälmedförbandensommedstödorganisationerhemmaiSverige.

För att lösa de korta tidsförhållandena som gäller under en mission harmanettmobiltproduktionssystemmedpersonalpåplatsmedförbandetun-dermissionen,ochkontaktmedgrundorganisationeniSverige.Detsomintekanlösaspåplatsskickashemförattbearbetaspåhemmaplanmeddestörreresursersomfinnsatttillgådär.

Inom Försvarsmakten ansvarar Försvarsmaktens Telekrigstödenhet (FMTKSE)förattförseförbandenmedtelekrigbibliotek,hot-ochåtgärdsbiliotek,tillsinatelekrigsystem.FMTKSEärenförsvarsmaktsgemensamorganisationsomharansvarförFörsvarsmaktenssamtligaoperativatelekrigsystem.Deharettnärasamarbetemedförbanden,andradelaravFörsvarsmaktensamtnärlig-gandemyndigheter,t.ex.FMV,FOIochFRA.

127

9. Datafusion

Informationenfrånenendasensoräroftastintetillräckligtförattgeoperatörenalldeninformationhan/honbehöverförattfattaettbeslut.Detkrävsinforma-tionfrånflerasensorerellermultisensorsystemförattt.ex.fåbättreyttäckning,säkrare klassificering eller identifiering och noggrannare positionering. Denprocesssombearbetardatafrånenellerflerasensorersåattdetblirpresenter-barochförståliginformationkallasdatafusion.Datafusionärenväsentligdelimultisensorteknikenochkanenkeltsägasvaraettsättattreduceradatamängderutanattimotsvarandegradminskainformationsinnehållet.

Detfinnsmångaolikatyperavsensorerinomdetelektromagnetiskaspek-trumet;delevererarinformationpåolikasättochmedolikakvalitet.Genomdatafusiondärmankombinerardatafrånfleraolikatyperavsensorerkanoftaenhögrenoggrannhet,säkerhetochpositioneringerhållas.

Kraven på vad sensorer och multisensorsystem skall klara av skiljer sigmycketberoendepåvilkentypavanvändaresomskallanvändainformationen.Ensoldat,ettflygplanellerenledningscentralharallabehovavattfåinforma-tionfrånsensorermenanvändarkravenärolika.

Soldaten:

• Kräverdetaljeradlägesbildöverettrelativtlitetområde

• Ärberoendeavandrasensorer,menklararbegränsadinformationsinhämt-ningpåegenhand

• Fattarbeslutinomsekunder-minuter

• Kanhatidattefterfrågainformationfrånnyasensorer

128


Flygplanet:

• Krävermedelstoryttäckning

• Har ofta egna sensorer som står för majoriteten av informationsinhämt-ningen

• Kankrävaattbeslutfattasinomdelaravensekund

• Kansällanskickautnyasensorer,menkanväljamellanolikatillgängligasensorer

• Förfogaröverdelsystemsomutgörautonomdatafusion

Ledningscentralen:

• Kräverstoryttäckningmenmedlågdetaljnoggrannhet

• Taremotdatafrånmångaolikatyperavkällormediblandmotstridiginfor-mation

• Harettperspektivsomsträckersigöverfleratimmar/dagar

• Harrelativtgottomtidattsändautnyasensorerförattkompletteraexiste-randedata

Sammantaget visar denna enkla sammanställning att kraven på sensorerochdatafusionskiljersigåt.Tillgångentillsensorerärochkommerattförblibegränsad,såförattfåutmaximalinformationavsensorernaochdatafusionenkrävsatt sensorerna styrsenligtett regelverk somklargörvad somgäller förresursutnyttjandeochvidresursbrist.Enförutsättningförattsensordatafusionskallblieffektivochanvändbarförallanivåerärtillgångentillettnätverk.

Fördelarnamedatt fusioneradata i ettmultisensorsystemellerpåhögrenivåmedettrelativtstortantalsensorerärflera:

• Sensorermäterolikatyperavsignalerochomdehärrörfrånsammaobjekt,kanskildaobjektegenskaperextraherasfrånrespektivesensor.Medredun-dantinformationkantillförlitlighetenochrobusthetenökas.

• Sensorsystemenkangörasadaptiva,dvs.dekanstyrasavdeninformationsomtasfram.Dettaledertillattdatafrånensensor,t.ex.enIR-sensor,kanpåverkastyrningenavenannan,t.ex.enradarsensor.

• Detgermöjlighetattutnyttjasensorersomarbetarinomskildavåglängds-områden.Dettaförbättrarinformationenidetostördafallet,menframföralltförsvårardetmöjlighetentillutstörninginomsamtligavåglängdsområ-densamtidigt.

12�

Datafusion

• Genom nätverkskoppling av sensorer kan sensordata flexibelt sändas ditdatabehövs,antingenförfusionellerförandraändamål.

• Utanfusionflödarmängderavdisparatadata,ochdetblirsvårtattbeaktameränensensoritaget.

• Medfusionfåsvinsternärofullständigadatasammanställs,t.ex.bäringarellerakustiskadata.

• Medfusionkanpassivasensorerutnyttjasihögregradförattreduceraröj-ningsrisk.

• Fusionskaparmöjlighetattautomatisktklassificeramål.

Förattkunnahanterasensordataochdärmeddatafusionstruktureratkrävsnågon form av arkitektur.Två ytterligheter är centraliserad respektive dist-ribuerad arkitektur. Fördelen med en centraliserad arkitektur, där data frånallasensorerskickastillencentralpunktinätverketfördatafusion,ärattmeddenna typavarkitekturbehandlasalla rådata samtidigt.Dettager teoretiskthögstamöjligakvalitetpådetfusioneradeslutresultatet.Nackdelenärattdetkräverstorbandbreddförattkunnaskickaalladataochattsystemetdessutomblirsårbart.Dendistribueradearkitekturenkräverattdataförbehandlasisens-orninnandetskickasvidare.Detinnebärattdatanärkomprimeradochinteinnehållersåmycketinformationnärdenskallfusioneras.Jämförtmedcen-traliseradarkitekturbehöverdåintelikamycketdatasändasinätetochdetärintelikasårbarteftersominformationenärdistribuerad.Iverklighetenanvändsoftastenkombinationavdebäggeytterligheterna.

131

Källförteckning

FM,1997:Telekrig: Lärobok för armen(Stockholm:Försvarsmakten).

FM,2004:Lärobok i telekrigföring för luftvärnet(Stockholm:Försvarsmakten).

FM,2005:DLuftO: Doktrin för luftoperationer,M7740-774022(Stockholm:Försvarsmakten).

FMV,2005:”TekniskPrognos2005”,VOStraMtrl,21121:57900/2005.

FOI,2001:Elektromagnetiska vapen och skydd , FOIorienteraromnr.1(Stock-holm:TotalförsvaretsforskningsinstitutFOI).

FOI, 2004: Sensorer, FOI orienterar om nr. 3 (Stockholm: TotalförsvaretsforskningsinstitutFOI).

FOI, 2005: Telekrig, FOI orienterar om nr. 5 (Stockholm: TotalförsvaretsforskningsinstitutFOI).

Grenander,Gunnar,1986:Vapenlära för armén: Vapenlära A (Stockholm:Che-fenförarménisamarbetemedFörsvaretsläromedelscentral(FLC)).

Handbok Telekrig Maritima arenan,utgåva2006ä1.

Harney,RobertC.,2004:”CombatSystems:Volume1,SensorElements,PartI,SensorFunctionalCharacteristics”,30January.

Harney,RobertC.,2004:”CombatSystems:Volume2,SensorElements,PartII,SensorTechnologies”,30January.

Harney, Robert C., 2004: ”Combat Systems: Volume 3, Engagements Ele-ments,PartsI&II,ElectromagneticWeapons&ProjectileWeapons”,30January.

132


Ny Teknik,nr.50,2006.

Rapportstudie/studieförsökVMSstrf(ATKSF99067),2006-04-03,bilaga1(utkast).

Stimson,GeorgeW.,1998: Introduction to Airborne Radar(Mendham,N.J.:Mendham).

Wistrand,Gunnar,2001:”Tekniskautvecklingstrender”,Analys23210:2515/2001,FMV.

133

Om bokens författare

BokenharskrivitsavlärarevidFörsvarshögskolan(FHS).Dessaharsomregellångerfarenhetfrånsittämnesområdeoch/ellerhardisputeratinomdetsamma.

kristian artmanäröverstelöjtnantiFlygvapnetochflygingenjör.

anders westmanärmajoriArmén.WestmanvarlärareiMilitärteknikvidFörsvarshögskolaniStockholm2002–2006.

135

Serien ”Lärobok i Militärteknik”

Nr.1 KurtAndersson,KristianArtman,MagnusAstell,StefanAxberg,HansLiwång,AndersLundberg,MartinNorsellochLarsTornérhielm,Lä-robok i Militärteknik, vol. 1: Grunder (Stockholm:Försvarshögskolan,2007).ISSN1654-4838,ISBN978-91-85401-72-7.

Nr.2 KristianArtmanochAndersWestman,Lärobok i Militärteknik, vol. 2: Sensorteknik (Stockholm:Försvarshögskolan,2007).ISSN1654-4838,ISBN978-91-85401-73-4.

lärobok i militärteknik, vol. 2:...

Documents