Förr var det ostkanter, numera är det limpor – och det är inte frukost det handlar om, utan radar. Svenska försvaret har gått in i lågbudgetläge, samtidigt som krigföringen världen över gått in i en ny era: informationskriget.
Den som har luft- och informationsherraväldet brukar oftast vinna slaget och flygburen radar skaffar fram mer information än markradar, bland annat för att den ser längre. Horisonten flyttas bort en bra bit när man sitter på 9000 meters höjd. 1997 levererade Ericsson Microwave System (numera Saab Electronic Defence Systems) det första Saab 340-planet med Erieye-radarn på ryggen och Sveriges försvar hade fått en ansenlig förstärkning med informationsherraväldet. Senare hamnade Erieye också på ryggen av Saab 2000 och brasilianska Embraer R99.
Försvaret kallar systemet S100B med tilltalsnamnet Argus och radarmodulen har fått namnet FSR 890 (Flygburen Spaningsradar). Konceptet är dock inte nytt. NATO har länge haft sin AWACS (Airborne Warning And Control Center) med en roterande radarantenn på ryggen av en Boeing 707, men dels är den för dyr för Sverige och dels blev konceptet snabbt föråldrat när Erieye blev tillgänglig.
Erieye är en Phased-Array-radar vilket innebär att antennen står still och strålen sveps på elektronisk väg. Den kan därför svepas godtyckligt, följa flera mål och peka åt flera håll på en gång. AWACS ser längre än Erieye, det ska erkännas, men för svenska behov är en räckvidd från Oslo till Riga, 2×450 kilometer fullt tillräcklig. När man betänker att priset är en tiondel och signalbehandlingen modernare, är det ett pris/prestanda-förhållande som vida överstiger AWACS.
Allmänt
Ju tidigare man kan hitta fienden och se vad de håller på med, desto fortare kan man få igång ett motanfall. Airborne Early Warning (AEW), flygburen spaningsradar är den bästa metoden hittills. ”Initiation speed”, hur fort man kan hitta ett mål, verifiera det och få låsning på det är en av de viktigaste parametrarna. AWACS-anetnnen roterar ett varv på 10 sekunder och eftersom man behöver mint 3 träffar för att kunna verifiera kan detta ta 30 sekunder. Erieye kan svepa godtyckligt och klarar samma sak på 10-11 sekunder. Den kan sedan avdela en särskild stråle för målet och följa detta oberoende av avsökningar av andra områden.
Det synliga området kan indelas i sökområden med olika prioritet. Istället för att man ska behöva se allt, och slösa radarenergi på allt, kan man sätta upp olika, mindre zoner (understöds- primär- och prioriterade-) där radarn lägger ned olika mycket kraft. Det går också att utesluta ointressanta zoner, till exempel flygplatser med mycket privatflyg, som bara skulle slösa processtid i målföljningsmodulen. Med modern signalbehandling har Erieye också möjlighet att följa flera mål som kommer väldigt nära varandra eller plötsligt byter kurs. Med en roterande radar kan ett mål som gör ett häftigt kast plötsligt vara borta, medan Erieye bara hänger på.
Luftsystemets delar
Radarflygplanet är precis fullproppat med elektronik. Den här skissen är grovt förenklad. Signalspaningsenheten kan i framtiden komma att bli en delfunktion i radarn. Radarmotmedlen används om flygplanet självt hotas av ett anfall och består av tunna metallbelagda plastremsor som blir till ett jättemoln av radarreflekterande material som döljer flygplanet.
Erieye-länken
Men Erieye är inte bara limpan som sitter på ryggen av ett flygplan, utan ett helt system för att ta hand om radardatat och förädla det till stridsledningsdata. Av kostnadsskäl har det svenska försvaret valt att ha operatörerna på marken, medan andra kunder har dem i flygplanet. Radarinformationen sänds ned till marken på en krypterad förbindelse. Oavsett var operatörerna sitter, har de samma arbetsstation. Det var länge sedan radarobservatörerna satt i mörka rum och tittade på gröna skärmar med svepande strålar. Nuförtiden är det TFT-paneler med färdigtolkade digitala radarbilder, med inlagda flygplansbeteckningar, fartvektorer och höjdangivelser. De flesta arbetsuppgifter löses med styrkula och höger tumme och det hela liknar ett datorspel.
Att inte skjuta på sig själv
Erieye har även en IFF/SSR-radar (Identification Friend or Foe/Secondary Surveillance Radar) som kan avfråga transpondrar (radarsvarssändare) i de flygplan som träffas av radarstrålningen för att se om de är vänner eller fiender. Transpondern består av en radiomottagare som lyssnar på radarpulsen och skickar tillbaka en radarpuls, tillsammans med ekot, modulerad med information. Transpondrar används av både civil- och militärflyg, om än av olika anledning. Ett trafikflygplan ger genom sitt transpondersvar flygledningen besked om sitt flightnummer och sin höjd, så att man på en vanlig tvådimensionell radar också kan lägga in höjdinformation och se om två plan ligger för nära varandra i höjdled. I och med transpondern blev sekundärradarn (SSR) möjlig, en typ av radardisplay där man tar bort alla ekon som inte ger transpondersvar. På så sätt kan man eliminera alla markekon och säkert veta att det bara är flygplan man ser.
Militären använder IFF för att förhindra att man beskjuter sina egna. Svaret från den militära transpondern är krypterat och förstås bara av den egna sekundärradarn. För att inte fienden ska kunna locka fram ett transpondersvar krävs det att radarstrålen dessutom är fasmodulerad med en frågekod.
Antennlimpan
Argus i närbild. Du ser tydligt hur radarlimpan är monterad, och hålet för kylluft framtill. Förresten, det där underliga framåtlutet som radarn har, vad gör det för nytta? Jo, vid radarspaning vill man egentligen inte komma någonvart med flygplanet, utan helst flyga så sakta som möjligt och bli kvar på samma plats. När flygplan flyger väldigt sakta måste de luta upp nosen för att få lyftkraft. Då måste radarn luta åt andra hållet för att ligga horisontellt. För att hålla radarn vågrät i både X- och Y-led (pitch och roll) har piloten hjälp av specialfunktioner i autopiloten.
Här ser du kylluftintaget i närbild. Med 24 kilowatts uteffekt blir det en del värme över, som måste kylas bort.
Principen för en syntetisk antenn
Hur kan en antenn som inte rör sig, ändå svepa en stråle? Damma av fysikkunskaperna om konstruktiv och destruktiv interferens. Antennen består av 192 enskilda antennelement, sk slitsantenner, som ser ut just som slitsar i en plåt. Bakom varje antenn finns en sändare som man kan styra fasförskjutningen på den utgående vågen på. Om alla de 192 delstrålarna ligger i fas och alltså förstärker varandra går resultantstrålen, på långt avstånd, rakt ut från antennen. Om man gradvis förskjuter faslägena hos alla antennerna kommer resultantstrålen att vridas åt något håll. Då fasförskjutningen kan styras elektroniskt kan antennens riktning alltså vridas elektroniskt, och dessutom på oändligt kort tid. Fasförskjutningsprincipen gäller givetvis för mottagaren också.
Antennen har 192 sådana här sändarmoduler staplade efter varandra. Det allra mesta av elektroniken och mikrovågskretsarna är utvecklade hos Ericsson Microwave.
- Anslutning till databuss.
- Anslutning till antenn.
- Kylluftintag.
- Mikrovågskabeln, stel koax.
- Fasförskjutarkretsen.
- Cirkulator, som kopplar samman sändare, mottagare och antenn.
- Slutsteg med fyra sluttransistorer som lämnar 125 watt.
Sluttransistorerna i närbild, monterade på kylplåten på kretskortets undersida.
Cirkulatorn är den krets som skiljer utgående radarpulser från inkommande och kopplar de utgående pulserna ut till antennen, medan de inkommande, reflekterade pulserna som kommer från antennen skickas till mottagaren.
Fasförskjutaren är den krets som kan lägga till en liten tidsfördröjning på radarpulsen, vilket i slutänden ger den syntetiska antennen sin riktningsförmåga.
Så här ser det ut när kretskorten är monterade inuti antennlimpan. Korten skjuts i uppifrån och ansluter då till de stela koaxkablarna på sidorna, som leder strålningen vidare till slitsarna. Väggarna till höger och vänster är slitsplåtarna och du ser hur koaxkablarna slutar i antennmodulerna. Det fyrkantiga röret nedtill kommer med kylluften.
Så här ser slitsarna i slitsantennen ut från utsidan. Det är en lång matta av slitsar som släpper ut mikrovågor. En vertikal rad matas från ett sändar-mottagarkort.
Trolleri med radarpulsen
Dopplerradarn är flygspaningens trollstav. Dopplers princip är uppenbar för alla som stått vid ett tågspår och hört en tågsirén svepa förbi. Dopplerradarn ser på samma sätt ekot av sina egna pulser komma tillbaka med förändrad frekvens och kan avgöra hur fort föremålet rör sig i riktning mot eller från honom själv.
Det är så man trollar bort markekon i en radar som rör sig. Eftersom Erieyeradarn i första hand ”sveper” horisontellt måste det finnas ett sätt att bli av med markekon. Allting som rör sig lika fort som flygplanet, men i motsatt riktning, kan silas bort. Då försvinner marken från bilden och bara flygtrafiken blir kvar.
Erieye kan modulera in information i sina egna pulser, för att andra svenska enheter ska känna igen den som sin egen och inte skjuta på den. Sannolikt kan Erieye dessutom känna igen sina egna radarpulser genom att modulera dem på ett bestämt sätt, för att inte förväxla dem med fiendens störningar. Bara det faktum att Erieye träffas av radarpulser som inte är dess egna, är intressant information att ta vara på och visa på lämpligt sätt.
Passiv spaning
Flygplanet kan förses med en särskild mottagarutrustning som används till att pejla, spåra och kartlägga störsändare och fientliga radaranläggningar. Förr eller senare måste ju någon av parterna tända sin radar och avslöja sig. I och med det blir också just den radarsändarens karaktäristik känd för alla som lyssnar. Det kan röra sig om sändarfrekvens, pulsrepetitionsfrekvens eller egenheter i pulsens utseende, övertoner osv. Resultatet presenteras på operatörskonsolen tillsammans med radardata. Sveriges försvar har en databas med radarsignaturer mot vilken man kan jämföra inmätta radarsignaturer. Detta gör att man kan i de flesta fall känna igen vilket fartyg, eller åtminstone vilken fartygsklass som sänt ut strålningen. Det är ju bara ett logiskt sätt att katalogisera och utnyttja insamlad information, information som man ändå får gratis.
Bli din egen stridsledare
Så här ser det ut inuti flygplanet när operatörspanelerna är monterade, för den kund som önskar denna lösning.
Här sitter undertecknad vid operatörskonsolen. Gränssnittet är trevligt och lättanvänt. Prova det här när du blir ensam i en stridsledningscentral härnäst:
- Syntetisk kartbild med taktisk information.
- och 3. Styrpaneler i form av touch-LCD-displayer där man sköter hela systemet, lägger färdplaner, rapporterar osv. Höger hand vilar på en styrkula, som styr markören på (1). Mus gör sig inte så bra i ett skumpigt flygplan.
- Andra styrpanelen.
- Klocka.
Och nu de kundanpassade delarna:
- GPS-navigator och tröghetsgyro.
- VHF-flygradio.
- Radar av/på.
- Snabbtelefon i flygplanet.
- Belysning på arbetsbordet.
- Luftkonditionering.
- I den rackmonterade versionen sitter det en mugghållare här. Hellre en mugghållare än kaffe i tangentbordet när flygplanet hoppar i turbulens.
Slutresultatet
Slutresultatet av bearbetningen av doppler-, transponder- och information om kända radarsignaturer, är en radarbild (eller egentligen en syntetisk kartbild) med allt som rör sig tillräckligt fort, uttryckt som fartvektorer, dvs en position, en riktning i form av en pil och en längd på pilen som betecknar farten. På grundval av denna information kan man också räkna ut var föremålen kommer att befinna sig i framtiden om de fortsätter i samma riktning. Med transpondersvaret, eller bristen på det, kan man avgöra om det är vän eller fiende, eller civilflyg.
Med hjälp av svenska piloters egna observationer kan radarobservatören dessutom manuellt koda in information om ett mål. Erfarenheten har en viss betydelse, till exempel: ”Titta, där startar något från Kaliningrad, och flyger ditåt med den gamla vanliga hastigheten. Det är ganska säkert MIG:ar” och så målar man ekot rött. Informationen om var föremålet kommer att befinna sig i framtiden kan också användas när man ska skjuta på det, genom att man vet vart man ska rikta robotarna för att träffa i framtiden, när roboten hunnit fram.
Så här kan den taktiska bilden se ut på operatörskonsolen, en TFT-display med 1280 x 1024 bildpunkter. Vi befinner oss någonstans ovanför Göteborg och täcker hela södra Skandinavien. De svagt gula områdena är programmerade sökområden. Det går att definiera 8 sådana. Det stora området åt väster avspanas hela tiden efter nya mål, medan det lilla rombiska P05 kontrolleras mycket intensivare. Dit koncentrerar radarn det mesta av energin.
Den infällda bilden visar en delförstoring av området. Kvadraterna representerar flygplan. De gula är civilflyg och linjerna som pekar är fartvektorer. Det röda är något vi efter moget övervägande kommit fram till att det är fientligt och markerat som sådant. Sifferkoderna 2354|C000 är transpondersvaret och höjden (noll i denna simulation) och numret 117 är ett trackingnummer som radarn skapat. Träffarna 103, 105 och 111 lämnar inget transpondersvar och kan vara småflygplan utan transponder, eller fiender. Den gröna triangeln 3333|C000 är ett svenskt jaktflygplan på väg söderut.
Motmedel och mot-motmedel
Fienden accepterar naturligtvis inte stillatigande att bli sedd på radar, utan har olika motmedel. Att redogöra för alla motmedel skulle föra för långt, men en bra metod är att sända ut strålning av samma frekvens som radarns, modulerad med nonsens, för att lura radarn att visa falska ekon eller bara orsaka störningar, ungefär som det låter på mellanvågen om kvällarna. Mot-motmedlet kallas för hoppfrekvensradar. Radarn arbetar inte längre med en fast frekvens utan hoppar slumpmässigt mellan olika frekvenser och det gäller för fienden att hoppa med för att kunna störa effektivt, något som vanligtvis är omöjligt. Slitsantennens konstruktion sätter dock en gräns för hur stort frekvensområde man kan hoppa inom, och fortfarande behålla radarstrålens form, i Erieyefallet hela S-bandet, mellan 2 och 4 gigahertz.
Och så där håller det på.
Framtiden
Vad ligger i framtiden för Erieye? Kostnaderna och vikten måste ned, och därmed försöker man minska systemets omfattning, inte funktionsmässigt, men maskinvarumässigt. Dessutom måste prestanda upp. Idag är Erieye inget annat än en radar, där man dessutom kan koda radarpulsen till viss del, men framtiden har mycket mer att erbjuda av den varan. Dagens nedlänk från flygplanet, Erieye-länken, ville Ericsson närmast karaktärisera som ”ett vasst telefonmodem” (varvid vi gissar på någonstans omkring 50 kbps), men i framtiden kan den funktionen skötas av radarn själv. Radarstrålen ska av och till kunna moduleras med datapaket och kunna sända dem till markstationen. Där finns det ju lite mer bandbredd att ta av (vi gissar åter: ett par Mbps). Nästa uppgift blir att ta över signalspaningsuppgifter där radarn själv ska utföra signalspaningen som passiv mottagare.
Mikrovågskretsarna blir också allt mindre. De kretskort som visas i den här artikeln sitter i den nuvarande produkten, och med sina 192 sändare/mottagare och kraftelektronik väger hela härligheten runt 1300 kilogram. Kretskortet har i laboratoriet krympts till en tändsticksasks storlek och väger bara en bråkdel av dagens system. De är dessutom billigare.
Avslutning
Ericsson Microwave (numera Saab Electronic Defence Systems) kan med rätta sträcka på ryggen eftersom man tillfört teknikområdet något nytt. Inte för att Phased-Array-radar är något helt nytt, utan för att man skapat en moduliserad enhet som lämpar sig för masstillverkning och har ett prisläge som lämpar sig för andra än penningstinna militärer.
Läs mer
Titta särskilt på https://www.saab.com/products/globaleye
Snabbfakta FSR 890
Våglängd: 10 cm (2-4 GHz, S-band)
Hoppfrekvens: Hela S-bandet, kundanpassas
Uteffekt: Varje modul lämnar 125 watt x 192 moduler = 24 kW (40 volt 800 ampere in)
Antal mål som kan följas: flera 1000
Observationstid med Saab 340: 5,5 timmar
Observationshöjd: 6000 eller 9000 meter
Räckvidd: 450 km (täcker Oslo till Riga)
