colourbox.dk

Når droner flyver under radaren

søndag 20 aug 17
|
af Morten Andersen

Kontakt

Olav Breinbjerg
Professor
DTU Elektro
45 25 38 14

Weibel Scientific A/S

Weibel Scientific A/S udvikler og producerer avancerede radarsystemer til forsvar og civilt brug. Virksomheden er grundlagt i 1977 af Erik Tingleff Larsen, som indtil da var lektor ved DTU Elektro. Han købte elektronikvirksomheden M.P. Weibel, som var grundlagt af Marius Peter Weibel i 1936, af Weibel-familien. Larsen omdøbte virksomheden til Weibel Scientific og omstillede samtidig produktionen til radarsystemer. Weibel Scientific har ca. 100 medarbejdere, hvoraf 35 er ingeniører, heraf de fleste fra DTU.
Droner kan være til stor gavn, men giver desværre også terrorister og kriminelle nye muligheder, så droner skal overvåges. Nu har Weibel Scientific udviklet sit første radarsystem til overvågning af droner.

Udtrykket ’at flyve under radaren’ bliver brugt i overført forstand så ofte, at man næsten glemmer den oprindelige betydning. Men ikke hos Weibel Scientific.

”En drone er netop i stand til at flyve lavt, så den ikke bliver opdaget af mange traditionelle radarsystemer. Samtidig er den svær at opdage, fordi den er lille,” siger adm. direktør Peder R. Pedersen.

Allerød-virksomheden er grundlagt på basis af forskning på DTU. I 1977 forlod Erik Tingleff Larsen sin lektorstilling på DTU Elektro for at stifte virksomheden, der i dag er en af verdens førende leverandører af avancerede radarsystemer. En af de første medarbejdere var Peder R. Pedersen, der gennemførte sit DTU-masterprojekt hos Weibel i 1983. Det førte videre til et ph.d.-projekt, derefter fast ansættelse og i 2002 posten som adm. direktør. Da han startede i virksomheden, var der syv medarbejdere. I dag er der 100, heraf 35 ingeniører. Og der er brug for flere.

”Vi forventer bestemt at ansætte flere ingeniører fremover. En af årsagerne er den stigende efterspørgsel efter radarsystemer til sporing af droner. Vi er begyndt at sælge de første systemer. Men der er fortsat megen forskning og udvikling, som vi skal have udført. Det er jo en ny type trussel, som det er meget krævende at imødegå.”

Ros til national dronestrategi

Sidste år blev det afsløret, at indsatte i danske fængsler har fået mobiltelefoner smuglet ind med drone. Og i Mellemøsten er de første angreb set, hvor terrorister har fløjet en drone med en håndgranat ind over markedspladser.

”Man behøver ikke meget fantasi for at forestille sig anvendelser af droner, som er endnu farligere. Det er oplagt, at der er behov for beskyttelse for eksempel i forbindelse med fodboldkampe og andre begivenheder, hvor mange mennesker er samlet. Det samme gælder for kritisk infrastruktur,” siger Peder R. Pedersen.

Dette interview finder sted hos Weibel Scientific, i anledning af at Danmark for nylig fik sin første nationale dronestrategi.

”Det er fantastisk, at regeringen har taget en lang række initiativer, som tilsammen kommer til at løfte området. Især er vi rigtig glade for, at mulighederne for at udføre testflyvninger nu bliver markant bedre. Det har stor betydning, når vi skal overbevise kunder ude i verden, at vi kan vise, at vores systemer har været i stand til faktisk at detektere droner i praktiske forsøg,” siger Peder R. Pedersen.

Den nationale strategi nævner blot droneovervågning sporadisk, men det har direktøren forståelse for: ”Danmark er endnu ikke nået til at se så meget på de trusler, som droner kan udgøre. Men det vil helt sikkert komme. Under alle omstændigheder vil det løft, som den nationale strategi giver området, også smitte af på Weibel.”

Flere slags radarer

For at forstå, hvordan Weibel Scientific kan byde ind med systemer til droneovervågning, må man kende virksomhedens teknologi.

Langt de fleste radarer er såkaldte pulsradarer. Det gælder for eksempel stort set alle radarer, der benyttes til flykontrol. En pulsradar sender en kort puls afsted med et fast interval. En del af pulsen reflekteres af objektet. Ved at måle tiden mellem udsendelsen og modtagelsen af det reflekterede signal kan man udregne afstanden ud til objektet. En pulsradar er god til at finde objekter inden for et stort område af himlen og bestemme afstanden ud til objekterne. Til gengæld er den mindre egnet til at bestemme objekternes fart og retning.

Weibels radarer sender i stedet et konstant signal ud. Man udnytter den såkaldte dopplereffekt, som består i, at bølgelængden af et signal vokser, når objektet, der udsender det, bevæger sig væk fra iagttageren, og mindskes, når objektet nærmer sig. Det er den effekt, der gør, at en ambulance skifter lyd, når den kører forbi os. Effekten bliver kraftigere, jo hurtigere objektet bevæger sig. Derfor kan en dopplerradar bestemme hastigheden af objektet med meget stor nøjagtighed ud fra ændringen i bølgelængden af det signal, som kastes tilbage fra objektet. Man kan også bestemme objektets bevægelsesretning med meget stor nøjagtighed.

Da Weibel snød fysikken Kort sagt giver en dopplerradar meget mere information om det objekt, man har fundet. Til gengæld vil lærebøgerne sige, at dopplerradaren er svagere i forhold til en pulsradar, hvad angår at dække et stort område af himlen og bestemme afstand ud til objekterne. Men begge begrænsninger er det lykkedes Weibel at overvinde.

I 2003 kombinerede virksomheden dopplerteknologien og pulsteknologien i samme radar. Dermed kunne man bestemme et objekts hastighed og 3D-position meget nøjagtigt.

”Næste skridt blev taget for et par år siden, da vi fik mulighed for at byde på opgaven om at udvikle to systemer til 3D-flyovervågning i Indonesien. Traditionelt har vores systemer ikke været brugt til generel flyovervågning, men vi havde en idé til, hvordan vi populært sagt kunne ’snyde fysikken’, så vores dopplerradar blev anvendelig også til det,” fortæller Peder R. Pedersen.

Løsningen består i, at radaren skifter vinkel i forprogrammerede ryk, så man får skannet hele det ønskede område af himlen.

”Det lykkedes os at demonstrere, at løsningen lever op til forventningerne, og vi endte med at vinde begge kontrakter.”

Svært at overvåge droner

Det viste sig, at denne løsning også er rigtig god til netop droneovervågning, som ellers udfordrer de traditionelle radarsystemer. Peder R. Pedersen forklarer: ”Helikopterdroner er i stand til at flyve ganske langsomt. Det gør dem vanskelige at opdage for en pulsradar, men ikke for en dopplerradar. For mens hele dronen bevæger sig langsomt, er der jo stor hastighed på rotoren. Det giver et karakteristisk signal i en dopplerradar.”

Det var dog ikke ligetil at overføre den indonesiske løsning til droneovervågning.

”Der er flere udfordringer ved dronerne, ud over at de er små og kan flyve lavt. Specielt helikopterdronerne er meget manøvredygtige. Det kan en dygtig dronefører udnytte til at gemme dronen mellem uvedkommende objekter som træer, bygninger, fugle og andet,” siger Peder R. Pedersen.

Weibel Scientific har derfor valgt at alliere sig med en anden dansk virksomhed, CST (Copenhagen Sensor Technology). CST har udviklet et optisk system, som er bygget sammen med Weibels radar. Ved at kombinere radar og optiske sensorer får man meget stor sikkerhed for dels at kunne spore en drone, dels at undgå falske alarmer, som f.eks. når en fugl flakser forbi. De optiske sensorer bidrager desuden til at identificere dronen.

”Det er denne kombinerede løsning, vi især forventer at sælge til brug for droneovervågning. For eksempel byder vi lige nu på fire opgaver, der drejer sig om overvågning af dronetrafik ved havne,” fortæller Peder R. Pedersen.

Hvor stort området vil blive for Allerød-virksomheden, er endnu svært at sige:

"Da vi lancerede dopplerradarsystemer, var det en banebrydende teknologi. Men det var jo ingen garanti for, at vi også ville være verdensførende 34 år senere."
Peder R. Pedersen, adm. dir., Weibel Scientific

”Kundernes beslutning vil i høj grad afhænge af, hvordan de har tænkt sig at reagere på de droner, som en radar opdager. Nogle steder vil man vælge konsekvent at sætte droner, som man opdager, elektronisk ud af kraft. Det, som kaldes ’jamming’. I så fald har man ikke altid brug for at følge dronen nøjagtigt og kan nøjes med en billigere radarløsning, som andre kan levere. Vil man derimod følge dronen over længere afstande og eventuelt skyde den ned, er vores system relevant.”

Verdensførende

Weibel Scientific henter ca. 98 pct. af sin omsætning ude i verden. Alligevel er der tale om en meget dansk virksomhed, understreger direktøren:”Hvor mange andre outsourcer dele af deres produktion, har vi valgt at insource.”

En anden del af strategien er massive investeringer i forskning og udvikling. ”Dengang Erik Tingleff Larsen lancerede dopplerradarsystemer, var det en banebrydende teknologi. Men det var jo ingen garanti for, at vi også ville være verdensførende 34 år senere. Det har kun været muligt, fordi vi konstant investerer kraftigt.”

Selvom Weibel allerede har droneovervågning på hylderne, ligger der stadig mange ingeniørtimer forude.

”Det mest presserende er at optimere fremstillingen, så vi kan gøre vores droneradarer billigere. Vi må erkende, at prislejet endnu er for højt til, at vi kan forvente den helt store udbredelse,” siger Peder R. Pedersen.

”Desuden er der masser af udviklingsopgaver, som ligger lidt længere fremme i tiden. Vi ved jo, at når man indfører nye systemer til at beskytte sig, er der personer, som finder på nye måder at omgå dem. Man kunne f.eks. forestille sig, at nogle fandt på at sende en sværm af droner afsted, som umiddelbart vil tage sig ud som et enkelt objekt på radaren, indtil dronerne pludselig tager forskellige baner tæt på målet. Her er Weibels radar særlig relevant. Den kan adskille dronerne, selvom de flyver meget tæt sammen.”

Kræver særlige kompetencer

Salget af radarsystemet til droneovervågning er indledt, men man må ikke tro, at udviklingsarbejdet på det er overstået.

”Der foregår hele tiden optimering af radarsystemets software. Det er fast arbejde for en af vores ingeniørgrupper. Det er i øvrigt det område, hvor vi har sværest ved at få nok nye medarbejdere med de rigtige kompetencer,” siger Peder R. Pedersen. ”Radaralgoritmer ligger tæt op ad billedbehandling, algoritmer til medicinsk udstyr og lignende. Her ligger vi altså i konkurrence med andre brancher om medarbejderne. Det betyder faktisk, at der nogle gange er projekter, som vores kunder efterspørger, men som jeg må sige nej til, fordi vi ikke har tilstrækkeligt med kvalificerede medarbejdere til netop det.”

Noget lettere går det med at rekruttere medarbejdere med mikrobølgeog mekanikkompetencer, som er de to øvrige områder, hvor Weibel især ansætter ingeniører.

”Gennem alle årene har vi haft mange masterstuderende og mange ph.d.-projekter. Typisk bliver folk ansat hos os bagefter,” siger Peder R. Pedersen, som selv er medlem af DTU Elektros Advisory Board.

”I det hele taget er det naturligt for os at rekruttere fra DTU både på grund af geografien og forskningsmiljøet inden for mikrobølger, som virksomheden jo udspringer fra.”

Læs mere om droner og deres biddrag til samfundet her.

Olav Breinbjerg, professorOlav Breinbjerg, professor

Billede 1: Sådan ser målingerne ud, når en dopplerradar har sporet en drone. Dopplerradaren detekterer både objektets bevægelsesretning og hastighed.

Billede 2: Her bliver en helikopterdrone detekteret med en radar, der også har indbygget et optisk sensorsystem.