Problemet: Konventionelle radarsystemer har begrænset båndbredde og høj støj ved høje frekvenser.
Løsningen: En italiensk forskningsgruppe under ledelse af Antonella Bogoni fra Inter-university National Consortium for Telecommunications (CNIT) i Pisa præsenterer i Nature et fotonisk kohærent radarsystem, der overkommer disse svagheder.
Hemmeligheden er at lade radarens sender og modtager være styret af en laser – mere præcist en mode-locked laser, hvor der er meget høj fasestabilitet mellem de optiske bølgetyper i laseren.
Der er tale om et proof-of-concept, der er baseret på kommercielt tilgængelige komponenter. Konceptet er udviklet med støtte fra EUs Horizon 2020 program. Forskerne understreger, at der er stykke vej til at udvikle et dedikeret system, der kan udnytte alle fordelene ved det fotoniske princip, men de arbejder videre med forskellige muligheder under projektnavnet Phodir.
Jason McKinney fra US Naval Research Laboratory skriver dog i en kommentar i Nature, at der er tale om et bemærkelsesværdigt resultat, som viser, at fotonikbaserede modtagere og sendere med succes kan anvendes i fremtidige generationer af radarsystemer.
Fasestøjen og jitter skal ned
Der er et stærkt ønske om at anvende små antenner i radarsystemer. Det stiller krav om anvendelse af frekvenser i området 10-40 GHz, hvor traditionelle RF-systemer har problemer med fasestøj og timing jitter.
I Antonella Bogonis radar sendes et signal fra en mode-locked laser med repetitionsfrekvens på 400 MHz via en optisk fiber til en fotonisk baseret RF-generator, som derved leverer et meget stabilt radarsignal selv op til 40 GHz – rundt regnet dobbelt så godt som det er muligt med konventionel RF-teknologi.
Signalet fra mode-locked laseren sendes også til en fotonikbaseret analog/digital konverter, som opsamler det modtagne radarsignal. Det gør det muligt at måle amplituden af det reflekterede signal med høj præcision.
Afprøvet på fly og skibe
De italienske forskere har afprøvet deres system i forbindelse med overvågning af flytrafikken fra lufthavnen i Pisa og skibstrafikken i havnebyen Livorno.
Forskerne har bl.a. fulgt et fly under take-off med radaren placeret på taget af deres laboratorium inde i byen. I et punkt, hvor flyet var 5,5 km borte, fik de et ekko, der var 45 dB over baggrundsstøjen.
Ved at kode radarsignalet(13-bit Barker kode) kunne de opnå en positionsbestemmelse med en nøjagtighed på 23 meter.
De praktiske eksperimenter er gennemført ved en radarfrekvens på 9,9 GHz, mens systemet i laboratoriet er testet op til 39,8 GHz.
Selv om Jason McKinney generelt har ros tilovers, gør han dog også opmærksom på, at det dynamiske område for den fotonikbaserede radar er mindre end for en konventionel state-of-the-art radar – 50 dB mod 70 dB.
“Da dynamisk område direkte kan omsættes til følsomhed og undgåelse af detektion af falske mål, er en høj værdi helt afgørende,” skriver han.
Leave a Reply