Albert Huizing is senior onderzoeker bij het radarteam van TNO. Hij houdt zich al bijna dertig jaar bezig met radar en stond aan de wieg van Amber. 

31 January 2011

Eind dit jaar verwacht TNO versie 4.0 op te leveren van zijn betaalbare digitale multibeamradar Amber. Het systeem is oorspronkelijk ontwikkeld voor kleine toestellen die vliegen zonder hulp van de verkeersleiding. Inmiddels kijken de TNO‘ers naar veel meer toepassingen, van havenbewaking tot zorg op afstand.

Kort voor de Tweede Wereldoorlog ontdekte en ontwikkelde de Haagse tak van TNO in het diepste geheim het radarprincipe, ongeveer tegelijk met de Amerikanen, Duitsers en Engelsen. Sindsdien zijn we een belangrijke speler gebleven. In 1975 introduceerden we de Fucas en in 1995 de Pharus, radarsystemen met respectievelijk een passieve en een actieve phased array (zie kader).

Tegenwoordig is TNO zelfs een van de leidende partijen op het gebied van phased array-radars. We hebben bijvoorbeeld een flinke bijdrage geleverd aan de active phased-array radar (Apar), die Thales in de jaren negentig heeft ontwikkeld voor luchtverdedigingsfregatten. De Engelsen kwamen pas tien jaar later met een vergelijkbaar systeem, terwijl de Amerikanen nog steeds met passieve phased arrays rondvaren.

Inmiddels heeft Thales met onze hulp een nieuwe generatie gebouwd, die vier actieve phased arrays voor zeesurveillance en vier digitale phased arrays voor luchtbewaking integreert in één mast. Digitale radars zullen binnen tien jaar de internationale standaard zijn. Ze zijn flexibeler dan hun tegenhangers met mechanisch bewegende antennes en veel minder onderhevig aan slijtage doordat ze geen ronddraaiende onderdelen hebben. Bovendien wordt de digitale verwerking van signalen steeds goedkoper.

TNO_Amber_01
Amber 4.0 weegt ongeveer zes kilo en meet 40 bij 30 bij 7 centimeter.

Mimo

Bij TNO werken we nu hard aan onze eigen digitale radar, de Affordable Multiple Beam Radar (Amber). Dit relatief goedkope systeem is zeer geschikt voor gebruik in onbemande vliegtuigen en bij slechte weersomstandigheden zoals mist. In 2006 zijn we begonnen met de ontwikkeling en een jaar later hebben we het eerste concept succesvol getest vanaf vliegveld Seppe in Noord-Brabant.

Amber bestaat uit meerdere platte, niet-bewegende antennes, die ieder voortdurend een kwadrant van het luchtruim rondom het toestel afzoeken. Elke radar meet gelijktijdig met honderden digitale ontvangstbundels de echo‘s van de omringende objecten en slaat alarm als er een kans is op een botsing. Het uiteindelijke systeem zal tien kilometer vooruit kijken, een kilometer naar achteren en anderhalve kilometer naar boven en beneden. We kunnen ook een conformal array maken, die zich voegt naar de rondingen van het vliegtuig.

Doordat Amber niet één bundel heeft zoals een analoge radar, maar honderden kleintjes, kunnen we onafgebroken een hele sector bekijken, waar die ene bewegende bundel tijd nodig heeft om hetzelfde gebied af te tasten. Meerdere bundels betekent wel dat er ontzettend veel rekenkracht nodig is. Juist in het digitale domein zien we echter dat die om de paar jaar verdubbelt. Amber is bovendien schaalbaar: het aantal bundels is te vergroten, waarmee het systeem gevoeliger wordt en de reactietijd beter.

De digitale aanpak heeft nog een voordeel: het is niet nodig om eindeloos antennes aan elkaar te koppelen voor een hogere resolutie. Radars zoals Amber bieden de mogelijkheid om te interpoleren tussen twee antennes die op korte afstand van elkaar staan, wat hardware bespaart. Deze Mimo-techniek (multiple input multiple output) hebben we bij TNO bijvoorbeeld gebruikt voor een systeem dat een gebouw in kaart kan brengen vanaf een rijdend voertuig.

TNO_Amber_02
Het systeem bevat onder meer een FGPA-bord voor radarverwerking en acht vastestofschijven, elk met een opslagcapaciteit van 256 Gbyte.

Thuiszorg

Eind dit jaar verwachten we Amber 4.0 op te leveren. Dit is nog steeds een demonstrator, geen product. Met deze nieuwe versie willen we veel breder kijken, voorbij de kleine vliegtuigen. We richten ons bijvoorbeeld op havens. De zware radars die ze daar hebben voor het scheepvaartverkeer draaien zo langzaam rond dat ze maar één echo per twee seconden produceren. Daardoor zien ze kleine bootjes al snel over het hoofd. Amber levert elke seconde vier tot tien beelden.

Veelbelovend is verder het gebruik als synthetische-apertuurradar. Een Sar bundelt talloze echo‘s in een enkel radarbeeld met een zeer hoge resolutie, onder alle denkbare weersomstandigheden. Daarmee kunnen vliegtuigen beter navigeren, bijvoorbeeld wanneer ze bij mist moeten landen op een onbekende luchthaven. Een andere toepassing van Sar is detectie van veranderingen. Het Kadaster zou er de stedelijke omgeving periodiek mee in kaart kunnen brengen vanuit de lucht en illegale bebouwing kunnen opsporen door opeenvolgende beelden van dezelfde plek met elkaar te vergelijken.

De schaalbaarheid maakt Amber ook geschikt voor ’kleinere‘ toepassingen. Te denken valt aan de inzet als draagbare radar, voor de detectie van verdachte personen en van vogelbewegingen rondom een luchthaven – zo wil TNO-spin-off Robin het vliegen veiliger maken door vogels in de buurt realtime te monitoren (Bits&Chips 13, 2010). En in de procesindustrie zijn veel toepassingen waar een camera niets kan registreren maar een radar wel. We zien zelfs mogelijkheden in de zorg op afstand. Veel mensen vinden het onprettig als de thuiszorg hen in de gaten houdt met een camera. Radar kan dan een prima vervanging zijn, bijvoorbeeld om de ademhaling van oude mensen in bed waar te nemen.