Finländska Iceye har visat vad syntetisk aperturradar kan åstadkomma från satelliter. Nu utvecklar Saab och Chalmers betydligt mindre SAR-system för drönare. Två fungerande prototyper har redan byggts och testats – med helt olika elektroniklösningar.
På Stora Elektronikdagen presenterade Max Jisonsund från Saab Surveillance och Albert Monteith från Chalmers resultaten från forskningsprojektet UAV-based Radar Surveillance. Projektet har genomförts inom innovationsprogrammet Smartare elektroniksystem med finansiering från Vinnova.
Målet är att utveckla kompakt radarteknik som kan bäras av drönare. Tekniken bygger på syntetisk aperturradar, SAR, där radarn rör sig längs en flygbana och samlar in ekon från marken. Genom avancerad signalbehandling kombineras mätningarna till en högupplöst radarbild.
Till skillnad från optiska kameror fungerar SAR även i mörker och genom moln och regn. Tekniken kan ge bilder med en upplösning på mindre än en meter och lämpar sig därför både för övervakning och kartläggning.
För Saab handlar tillämpningen främst om militär övervakning. Kriget i Ukraina har tydligt visat behovet av sensorer som kan följa vad som händer på marken oberoende av ljus- och väderförhållanden. Chalmers har en annan utgångspunkt: att använda radar för att undersöka skogens tillstånd.
Genom att mäta bland annat vegetationens vatteninnehåll kan radarn bidra till att upptäcka torka och angrepp av exempelvis granbarkborre innan skadorna blir omfattande. Samma grundläggande radarteknik kan alltså användas för två mycket olika ändamål.
Två olika vägar till en kompakt radar
Saab har byggt sitt system kring en mjukvarudefinierad radio, SDR, som ursprungligen är avsedd för kommunikation. Till denna har företaget utvecklat en RF-kedja med bland annat en högeffektsförstärkare på 500 watt, strömförsörjning och antenn.
– För att sätta effekten i perspektiv motsvarar 500 watt ungefär 2 500 mobiltelefoner, förklarade Jisonsund under presentationen.
Chalmers har valt en helt annan lösning. Forskarna har byggt sitt system kring en RFSoC-krets från AMD Xilinx. Kretsen integrerar programmerbar logik, processorkärnor samt snabba A/D- och D/A-omvandlare, vilket gör det möjligt att realisera stora delar av radarsystemet med en enda krets.
Chalmers system arbetar med betydligt lägre sändareffekt än Saabs. I stället utnyttjas möjligheten att sända många pulser och kombinera mätningarna genom signalbehandling. En förutsättning är att drönarens position är mycket noggrant känd under flygningen.
Båda systemen har testats i flygning och producerat SAR-bilder. Chalmers visade bland annat radarbilder av skogsområden där vegetation, kalhyggen, vägar och byggnader kunde urskiljas. En kalibreringsreflektor användes för att kontrollera bildens fokusering.
Nästa steg är att kombinera lösningarna
Forskarna vill nu förena de bästa egenskaperna från de två prototyperna. Målet är ett system med god räckvidd, hög upplösning och noggrann fokusering, samtidigt som elektroniken hålls tillräckligt kompakt för drönarbruk.
En annan utvecklingslinje är flerkanalig radar. Inom ramen för ett examensarbete har en åttakanalig RF-front-end för X-bandet redan konstruerats och testats. Enligt Jisonsund fungerade prototypen mycket bra och utvecklingsarbetet tog bara ett halvår.
Samarbetet har också lett till en ny industridoktorandtjänst vid Chalmers, finansierad av Saab. Parterna har dessutom lämnat in en ny projektansökan till Vinnova med inriktning på synergier mellan civil och militär teknik.
Medan Iceye använder SAR för att observera jordytan från omloppsbana visar Saab och Chalmers hur samma radarprincip kan realiseras i betydligt mindre, lokalt opererande system. Forskningsprojektet visar också hur långt man kan komma med modern RF-elektronik och programmerbar signalbehandling.