NORA III, en mångkanals AESA-radar Flygtekniska Föreningen, Flygteknik 2010 Michael Granström Saab AB Electronic Defence Systems
NORA III Agenda Bakgrund / Syfte Operativ nytta med AESA Sammanfattning av genomförda prov Förbättringspotential med mångkanalsradar Flygprov med TP84 (Herkules) Klotterundertryckning Sammanfattning 2 Saab AB 2010
NORA III Bakgrund / Syfte Syftet med NORA III var att demonstrera ett integrerat mångkanals AESA system för en Gripen applikation. Projektet har körts i flera faser: - Utveckling (2000-2004) - Monopulsintegration i riggar och CATR (2004) - Mångkanalintegration i riggar och CATR (2005) - Flygprov i JA37 Viggen under 2005 - Mätkampanjer mot målflyg och störare (2005-2006) - Flygprov genomfört med Herkules (2007) - Mångkanalsstudier på mätdata (2008-2009) 3 Saab AB 2010
NORA III Operativ nytta med en AESA Radar Monopulssystem (3-4 kanaler) Mångmålsförmåga (sökning under följning!) Korthållsmoder / snabb inlåsning Låg målarea Förbättrad samtidighet i moder Interleaving of modes Ökad tillgänglighet (MTBF) Mångkanalsystem 8 kanaler) Effektiv passiv inmätning Effektiv störundertryckning Förbättrad prestanda vid medel / låg flyghöjd (hantering av sidlobsklotter) 4 Saab AB 2010
NORA III Potpurri av genomförda prov Prov mot kula AESA-PRIF mot många mål Invisad sökning/följning Slumpmässigt sökprogram Karakterisering av ett mångkanalssystem Målareamätning Snabb avsökning Intelligent störare Passiv inmätning Störundertryckning Insamling av markklotter 5 Saab AB 2010
NORA III Förbättringspotential med mångkanalsradar Från 2 (traditionell radar) till fyra dimensioner: I en traditionell radar separeras mål från markreflexer (klotter) i Doppler och avstånd I en mångkanalsradar tillkommer ytterligare två dimensioner: höjd och sidvinkel. Detta ger större möjlighet att separera mål som traditionellt har dolts av klotter. 6 Saab AB 2010
NORA III Förbättringspotential med mångkanalsradar Från 2 (traditionell radar) till fyra dimensioner Störexperiment Kinnekulle Klotter + terrängspridd störning Direktstörning Terrängspriddstörning 7 Saab AB 2010
Flygprov med TP84 Bakgrund och syfte En majoritet av demonstratorutrustningen var förbered för flygprov med JA37-viggen Flygprov i en Herkules (TP84) valdes för att stora delar kunde ärvas från tidigare prov (ex. NORA SAR/GMTI prov). Kunde även med enkelhet nyttja kringutrustning som använts i mätsträckor Syftet med flygproven är att samla in markklotter från olika typer av terräng med en mångkanals AESA-radar. Databasen med insamlat klotter har till syfte att ge unika möjligheter att utveckla signalbehandlingsalgoritmer för en framtida multikanals AESA-radar. 8 Saab AB 2010
Flygprov med TP84 Hantering av utrustning 9 Saab AB 2010
Flygprov med TP84 Översikt av flyglöpor A. Göteborg med skärgård (stadsmiljö samt skärgårdsmiljö med trafik) B: Varaslätten (landsbygdsmiljö med homogent klotter) C: Småländska höglandet (starkt kuperad skogsterräng, icke homogent klotter) D: Södra Östergötland (kuperad skogsterräng, icke homogent klotter) E: Kinnekulle (inspelning av terrängspridd störning, homogent klotter) 10 Saab AB 2010
Flygprov med TP84 Beskrivning av inspelat data Utfört för tre olika höjder: 500, 1500 och 3000 m Experiment för varje höjd och område Radar-vågform *Fyra pulsrepititions frekvenser 1, 8, 40 samt 80 khz *Ett flertal taperingar Uniform Amplitudtapering => 40 db sidlober Fastapering => 35 db sidlober mot mark Lobbreddning (fyrdubbel storlek av lob) *Olika avståndsupplösningar Elektriska utstyrningar 9 st, se figur 30 30 45 Belyst område Utstyrning 11 Saab AB 2010
NORA III, Flygprov i Herkules 4 flygpass genomfördes, varav 1 i september 2007 och 3 i november 2007. Total inspelad datamängd ca 1 TB varav 85 % är för ämnat för mångkanalsanalys. Totalt genomfördes 20 flygtimmar. Av planerade 79 löpor genomfördes 74! 12 Saab AB 2010
13 Saab AB 2010
14 Saab AB 2010
15 Saab AB 2010
16 Saab AB 2010
17 Saab AB 2010
18 Saab AB 2010
Klotterundertryckning STAP - Space Time Adaptive Processing Filtrera klottret i rum (vinkel) och tid (Doppler) Filterstruktur estimeras (tränas) med data från omgivande avstånd Finns det tillräckligt med träningsdata!? 19 Saab AB 2010
Klotterundertryckning STAP - Space Time Adaptive Processing En stor mängd forskning har bedrivits på STAP området Exempelvis erhålls 1157 artikelträffar i IEEE Xplore databasen Få studier rör nosradarsystem för jaktflygplan Flygprovsdata för STAP är mycket sällsynta Data som nämns är enbart för sidtittande plattformar. Mestadels simulerade data som nyttjas i litteraturen NORA III Databasen med klotterinspelningar ger unika möjligheter att öka kunskaperna kring STAP Innehåller data relevant för en nosradar Kan även användas för att förfina/validera modeller för andra typer radarsystem och plattformar (ex. UAV:er) 20 Saab AB 2010
Klotterundertryckning Medium PRF luftmålsmod Design mål: Maximera detekteringssannolikheten i medel över hela avstånds-dopplerplanet. Vi har tagit fram en STAP detektor som: Har nära optimala prestanda i det klotterfria området. Fri från traditionella taperingsförluster. Goda prestanda i klotter. Konstant falsklarmrisk (CFAR) över hela avstånds-dopplerplanet. 21 Saab AB 2010
Klotterundertryckning Medium PRF luftmålsmod Klotternivå Målsignalstyrka Detekteringar Falsklarm 22 Saab AB 2010
Klotterundertryckning Markmålsmod (GMTI) Varför är GMTI en utmaning? Design mål: Minsta detekterbara hastighet (MDV) för given målstorlek Detekteringsproblemet relativt svårt eftersom målen är är nära klottret Typiskt många mål Hög Låg upplösning => Vad är mål och vad är klotter då MDV->0!!! Fler inmätningar krävs för att skilja ut mål. Potentiella mål 23 Saab AB 2010
Klotterundertryckning Markmålsmod (GMTI) Vad har hitills studerats Teori Tagit fram enkel teoretisk modell för utvärdering av MDV Utvecklat en förfinad klottermodell som är lämplig för mer omfattande GMTI-studier Utvärdering på data Studerat prestanda för traditionella STAP detektorer Analyserat inhomogenitets detektorer (NHD) för täta målsituationer Detektioner utan NHD Detektioner med NHD 24 Saab AB 2010
NORA III Sammanfattning Arbetet inom Nora III har inneburit ökad kunskap inom: Målföljning vid kraftigt manövrerande mång-mål-geometrier med samtidig sökning Snabb målinlåsning i korthåll Störundertryckning med mångkanalsradar Passiv sök- och följning med mångkanalsradar Klotterundertryckning med STAP-teknik NORA III Databasen, med klotterinspelningar ger unika möjligheter att öka kunskaperna kring STAP och vi har möjlighet att validera klottermodeller med riktiga data 25 Saab AB 2010