Deens radarsysteem ziet ook drones die stil in de lucht hangen

Drones zijn moeilijk op te sporen. Het is nog moeilijker om een drone op te sporen die op dezelfde plaats blijft zweven, omdat hij snel verdwijnt in de zogenoemde achtergrondruis van radarsystemen. Maar een nieuw radarsysteem – ontwikkeld door onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken (DTU) in samenwerking met het Deense bedrijf Terma – kan beide, aldus de universiteit in een persbericht. De radar heeft een hoge resolutie en een brede scope. Daardoor kan het systeem veel drones tegelijk volgen. Drones zijn anders moeilijk te spotten, omdat ze zo klein kunnen zijn en uit alle richtingen kunnen komen. Bovendien zijn ze vaak gemaakt van plastic materialen die de radargolven niet goed weerkaatsen.

Illegale vluchten

“Er is een grote markt voor het detecteren van drones, bijvoorbeeld voor militaire toepassingen en op luchthavens”, zegt professor Jørgen Dall van DTU Space, die het radarproject leidt.

Om ongelukken op luchthavens te voorkomen, kritieke infrastructuur te beschermen, militaire geheimen te bewaren, enzovoort, zijn er veel plaatsen waar drones niet mogen vliegen. De eerste stap om illegaal vliegen met drones tegen te gaan is het detecteren, volgen en liefst ook classificeren van de drone. En hier kan de nieuwe radar helpen.

Hogere resolutie

In het algemeen werkt een radar door een microgolfsignaal uit te zenden dat door een voorwerp wordt weerkaatst. De echo wordt opgevangen en vergeleken met het uitgaande signaal. Door te meten hoe lang het signaal onderweg is, kun je de afstand bepalen. In theorie is dit gemakkelijk, maar in de echte wereld is het moeilijker, vooral als je niet alleen de afstand tot een object wilt weten, maar ook zijn exacte positie in drie dimensies, alsmede zijn snelheid.

De radar van DTU Space beschikt over in totaal 16 antennes waarmee signalen worden verzonden en ontvangen. Het principe van het gebruik van meerdere antennes wordt MIMO genoemd, wat staat voor multiple-input multiple-output. Het principe is vooral bekend uit de draadloze communicatie, waar het voordeel in de eerste plaats is dat een grote bandbreedte wordt gegarandeerd.

Zonder MIMO-technologie in de nieuwste WiFi-standaarden en mobiele netwerken (4G en 5G) zou de snelheid van de gegevensoverdracht van en naar de laptop en mobiele telefoon wat lager zijn dan nu het geval is. De DTU-onderzoekers gingen na of de technologie met meerdere antennes ook kan worden gebruikt om radarsystemen te verbeteren, en dat bleek het geval te zijn.

Algoritme ontdekt drones nog voordat ze de civiele luchtvaart kunnen storen

Onderzoekers hebben een real-time aanpak ontwikkeld die incidenten kan helpen voorkomen zoals de grootschalige verstoring op de Londense luchthaven Gatwick in 2018.

Alle richtingen

“Met MIMO kunnen we in alle richtingen tegelijk zien binnen een vrij groot hoekbereik – bijvoorbeeld 120 graden – en kunnen we op een relatief goedkope manier een goede horizontale hoekresolutie krijgen zonder de radar te roteren”, zegt Jørgen Dall.

“Onze radar heeft acht zenders en acht ontvangers. Als alle zenders tegelijkertijd hetzelfde signaal zouden uitzenden, zouden we gewoon één grote antenne krijgen die een signaal in een specifieke richting uitzendt, maar in plaats daarvan zorgen we ervoor dat de zenders ofwel hetzelfde signaal op een gespreide manier uitzenden, ofwel verschillende signalen uitzenden.”

“Elk van de acht signalen wordt opgevangen en van elkaar gescheiden door alle acht ontvangers, waardoor we in totaal 64 virtuele kanalen hebben, ook al hebben we maar 16 fysieke kanalen.”

Wanneer een signaal van een zender een drone raakt, wordt het signaal teruggekaatst naar alle acht ontvangers, en op basis van de timing van de echo kan de afstand en richting tot de drone worden berekend. Maar met acht zenders en ontvangers die op de juiste manier ten opzichte van elkaar zijn geplaatst, kunnen de positie en snelheid van de drone veel nauwkeuriger worden bepaald.