Så fungerar radarn som ser bakom hörn

Radar är ett oumbärligt hjälpmedel inom försvaret, meteorologin, flyget och sjöfarten. Hittills har tekniken huvudsakligen använts för att upptäcka föremål på långa avstånd alternativt i dimma eller mörker.

Genom att använda sig av några av radarsignalens unika egenskaper har dock Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI, utvecklat en metod som gör att man i princip kan ”se” bakom hörn.

– Att radarvågor reflekteras är inget nytt. Men vi hittade en ny intressant tillämpning som vi började studera, säger Stefan Nilsson, forskningsledare på FOI:s enhet Radarsystem i Linköping.

Arbetet startade egentligen med att utveckla en radar som kunde se igenom väggar. Radarsignaler är ju kortvågiga radiosignaler, det vill säga elektromagnetisk strålning, vilket ger radarn förhållandevis god penetreringsförmåga jämfört med optiska eller akustiska sensorer.

Resultatet blev efter en avknoppning en handhållen enhet som kan ge exempelvis polisen svar på om det finns någon bakom en dörr.

I samband med arbetet uppstod idén att också försöka se bakom hörn. Det var kring 2007, berättar Stefan Nilsson. Svenska internationella insatser i urbana miljöer har visat på behovet av att upptäcka dolda hot.

Sedan dess har många experiment gjorts, nu också i realistiska miljöer.

– Vi använder oss helt enkelt av radarns förmåga att såväl gå igenom material som att reflekteras beroende på vilken frekvens man använder sig av, säger Stefan Nilsson.

Projektet har faktiskt gett bättre resultat än man först hoppades på. Särskilt intressanta att försöka upptäcka är drönare.

– De är luriga och har dykt upp som en ny typ av hot. De kan inte bara inhämta information utan även bära sprängämnen, säger han.

Ett av försöken gick till så här: En vanlig kommersiell drönare, DJI Phantom 3, placerades fast monterad bakom ett hörn i en särskilt avsedd uppställning. Radarsignalen med en frekvens på 10 GHz skickades iväg, studsade tre gånger mot väggarna för att nå drönaren, reflekterades i rotorbladen av plast och studsade sedan samma väg tillbaka. Resultatet syns som en topp i ett så kallat dopplerspektrumdiagram. Med hjälp av ytterligare signalbehandling läggs också tiden till som en faktor och man får ett så kallat spektrogram så att man ser rörelsen i tiden.

–  Man behöver ett mycket känsligt system eftersom mycket av signalens effekt försvinner när den studsar. Trots det lyckades vi tydligt registrera den periodiska signalen från rotorbladet. Den ger en signal varenda gång bladet står vinkelrätt mot radarn, säger Stefan Nilsson som förvånades över resultatet:

– Vi stängde av drönaren och gjorde en ny mätning, men då registrerades inga toppar. Det finns inget annat sätt för signalen att ha kunnat komma tillbaka. Den måste ha studsat, säger han.

Det är framförallt dopplereffekten som möjliggör tekniken, det vill säga samma fenomen som gör att sirenerna från en ambulans låter olika beroende på om fordonet rör sig mot eller från en lyssnare. För att effekten ska kunna utnyttjas är ett så kallat faskoherent system viktigt, med god kontroll över den utsända och mottagna signalens fas.

– Man har en referenssignal och jämför den med den studsande signalen. Har det skett en fasförskjutning vet man att föremålet signalen studsat mot rört sig, säger han.

Mätningar på människor har också gjorts. Förflyttar människan sig en bit märker man fasskillnaden och hastigheten kan bestämmas.

– Även om man inte rör sig är det svårt att undgå detektering. Vi har gjort mätningar ner på andningsrörelserna och lyckats detektera höjningen av bröstkorgen. Du kan i princip inte vara dold för en radar, de är så jäkla kompetenta vad gäller hastighetsändringen, säger Stefan Nilsson.

Radarsystemet som använts vid testerna är stort och avancerat. Det behöver krympas rejält för att kunna användas i fält. Det blir dock någon annan än FOI:s uppgift att lösa.

– Hur väl tekniken kommer att fungera i praktiken är svårt för mig att uttala mig om. Men de resultat vi har fått fram visar att det ser väldigt lovande ut. Att vi skulle klara av att detektera objektets huvudsakliga rörelse bakom en vägg trodde vi nog. Men att vi lyckade med de interna rörelserna hos drönarens rotor var fantastiskt, säger Stefan Nilsson.