Verteidigung

DVB-S2 basierte Passiv-Radar-Abbildung

Das SABBIA System im Einsatz.
© Fraunhofer FHR

Das SABBIA System im Einsatz.

Das Militärschiff Porpora.
© Fraunhofer FHR

Das Militärschiff Porpora.

DVB-S2-basiertes  ISAR-Bild von Porpora [dB].
© Fraunhofer FHR

DVB-S2-basiertes ISAR-Bild von Porpora [dB].

Die Identifizierung von nicht-kooperativen Zielen mit militärischer Relevanz erfordert zunehmend eine zuverlässige sowie hoch aufgelöste Abbildung dieser Ziele. Der passive Radarbetrieb gewährleistet dabei eine unauffällige Überwachung. Das am Fraunhofer FHR entwickelte System SABBIA nutzt die von Satelliten gesendeten Signale (DVB-S2) zur Abbildung nicht kooperativer Ziele. Dabei erzielt SABBIA eine Auflösung von unter 2 m und ermöglicht zudem den Betrieb mit unterschiedlichen orthogonalen Polarisationen.

In der Verteidigungstechnologie gewinnen passive Radarsysteme zunehmend an Bedeutung. Neben den konventionellen Aufklärungssystemen der Luftfahrt wurden in den vergangenen Jahren einige neue Verfahren zur Aufklärung entwickelt. Dazu zählen unter anderem auch die passiven bildgebenden Radarverfahren wie SAR und ISAR, die einen hohen Stellenwert besitzen. Die instantane Bandbreite solcher Radare ist in der Regel von der Rundfunkstation bzw. von der Wellenlänge der Sender abhängig. Sender im VHF- und UKW-Bereich schränken die Bandbreite des Systems stark ein. Im Gegensatz dazu ermöglichen digitale Fernsehsatelliten (DVB-S2), die im Ku-Band betrieben werden, die Verwendung einer höheren Bandbreite. Hierdurch können Entfernungsauflösungen von wenigen Metern erzielt werden, welche eine wichtige Voraussetzung für bildgebende Verfahren darstellen. Darüber hinaus bietet die Verwendung von DVB-S2 für militärische Anwendungen zwei wesentliche Vorteile. Zum einen besitzen DVB-S2-Signale eine hohe Ausleuchtung und stehen somit länderübergreifend zur Verfügung. Zudem gestaltet sich eine Abschaltung der Satelliten im Fall eines Krieges weitaus schwieriger als bei herkömmlichen Sendern. Ein entscheidender Nachteil von DVB-S2 gestützten Passiv-Radaren ist jedoch die sehr niedrige Leistungsdichte am Empfänger, welche u. a. den Einsatz von Antennen mit hohem Gewinn sowie eine lange Integrationszeit in der Signalverarbeitung erforderlich machen. Für die passive Zielabbildung stellt die lange Inte­grationszeit jedoch keinen wesentlichen Nachteil dar, da diese für ISAR-Verfahren ohnehin erforderlich ist, um eine hohe Auflösung in der Cross-Range zu erreichen.

Das Fraunhofer FHR hat das Experimentalsystem SABBIA entwickelt, um die passive Radarabbildung für nicht kooperative Flugziele sowie maritime Ziele zu ermöglichen. Hierzu werden die von geostationären Satelliten ausgesendeten DVB-S2-Signale, z. B. die des Satelliten ASTRA 19.2°E, verarbeitet. Der Aufbau von SABBIA basiert auf zwei baugleichen Empfangseinheiten, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Es handelt sich hierbei um die sogenannte Referenzeinheit, die zur Akquirierung des direkten Satellitensignals dient, und die Trackingeinheit, die zur Rezeption des Zielechos verwendet wird. Beide Empfangssignale werden nach der Analog-Digital-Wandlung mit Hilfe von High-Speed-Datenrekordern aufgezeichnet. Die Empfangseinheit besteht aus einer 85 cm Offset-Antenne, einem am Fraunhofer FHR eigens entwickelten Antennenhorn sowie einem speziellen Quattro-LNB. Dieser weist eine geringe Rauschzahl auf und besitzt zudem einen internen Low-Phase-Noise-Oszillator sowie einen externen 10 MHz Referenzeingang. Beide Empfangseinheiten sind mit einer GPS-IMU (Inertial Measurement Unit) ausgestattet, um präzise Lage- und Ausrichtungsinformationen zu erhalten. Der LNB ist in der Lage DVB-S2-Signale gleichzeitig in horizontaler und vertikaler Polarisation sowie in beiden Bändern, Low- und High-Band, zu demodulieren. Dies ermöglicht einen vollpolarimetrischen Betrieb des Systems.

Im Rahmen des von der EDA (Kat. B) geförderten Projekts MAPIS (Multichannel passive ISAR imaging for military applications) wurden 2017 Feldversuche mit SABBIA durchgeführt. Während der Versuche wurde das Militärschiff Porpora (Abb. 2) vermessen und als ISAR-Image abgebildet (siehe Abb. 3). Die gegebene bistatische Geometrie und die Ausrichtung des Schiffes ermöglichten die Abbildung des Ziels aus der sogenannten Top-View (Vogelperspektive). Das Schiff befindet sich hier in einer einzigen Entfernungszelle, da aufgrund der geringen Signalbandbreite keine höhere Entfernungsauflösung erzielt werden konnte. Jedoch kann die sogenannte Cross-Range-Richtung (in Abb. 3 als Doppler-Achse dargestellt) gut abgebildet werden. Hieraus kann die Größe des Ziels abgeleitet werden. Diese Information ist für die Detektion und Klassifizierung des Ziels von essenzieller Bedeutung.