Laserradar lovande nykomling på det digitala slagfältet

Datateknikens utveckling gör ”det omöjliga” intressant.

Av Jan-Ivar Askelin

Sensorer och säker kommunikation är en förutsättning för det digitala slagfältet. En grundtanke med det digitala kriget är att man har fullständig överblick över läget och vet vad som händer just nu - och inte för 24 timmar sedan. Det som ses kan också träffas och förstöras enligt den mantra som upprepas i dessa sammanhang.

Sensorerna är ofta radar-sensorer/system, men också relativa nykomlingar som laser och laserradar.

Vid FOAs institution för lasersystem i Linköping har forskarna under Ove Steinvall nått resultat som fått internationell uppmärksamhet och laserforskningen är en av FOAs specialiteter. Tillsammans med kollegerna Dietmar Letalick och Christer Karlsson lotsar han in oss i vad framtiden kan innebära.

Ingen sensortyp klarar av allt
- Laserradar kan mäta avstånd, hastighet, vibrationer och signaturer. Den har, liksom andra optiska system ett visst väderberoende. Man ser sämre i sämre väder. Trenden går mot multisensorsystem, dvs kombinationer av flera sensorer, t ex laser och IR, säger Ove Steinvall.

IR-system mäter värmeutstrålning, den infraröda strålningen. Med IR-sensorer kan man t ex se fordon kontrastera mot en bakgrund med annan temperatur.

- Kombineras IR-sensorn med en lasersensor kan vi gå ett steg längre och avgöra om något av fordonen är ett intressant mål, säger Christer Karlsson. Vi kan nämligen registrera vibrationer med laser. Man mäter hur en ytas hastighet varierar i takt med att den vibrerar. Denna känslighet kan vi uppnå med en speciell typ av lasersystem, sk koherent laserradar. Med laser som vibrationsmätare har det gjorts spektakulära konster som t ex att på flera kilometers håll kunna avlyssna att det spelas Bach i en bilradio eller att ”höra” en människas hjärta slå.

- Genom att mäta vibrationer kan vi registrera signaturer, ”fingeravtryck”, på t ex en helikopter. Varje helikoptertyp har sin speciella signatur. Genom att mäta på en helikopter kan den identifieras förutsatt att man känner dess signatur, säger Christer Karlsson.

Om forskarna får alla bitar att fungera skulle det kunna utvecklas till ett automatiserat system som snabbt skiljer på vän och fiende. Det är givetvis inte lätt, men en av laserns egenskaper är att den är robust och lämpar sig bra för signalbehandling. Och robusthet och okänslighet för störningar är något som krävs på det digitala slagfältet.

Allt kan störas, men ibland är det svårt
- Det finns knappast något som inte kan störas, säger Ove Steinvall med mångårig erfarenhet av telekrigets olika aspekter. En stor del av FOAs arbete här i Linköping handlar om just detta, att störa kommunikationer. Men det finns gradskillnader. En del system är svårare att störa än andra och det är självklart att om man använder sig av en så smal lob som vi gör med lasern så är det svårare att hitta den än den bredare radarloben. Dessutom kan en smygande avståndsmätare åstadkommas med koherent detektion. Den kan vara 100 000 gånger svårare att hitta, och därmed att störa, än en traditionell laseravståndsmätare. Det beror på att den sänder ut en låg, kontinuerlig effekt till skillnad från en traditionell pulsad teknik.

Med ett flygburet höjdmätande laserradarsystem kan höjdprofiler av terräng och fordon registreras. Christina Carlsson vid institutionen för lasersystem och Erland Jungert vid institutionen för informationssystemteknik arbetar med att ur sådana data hitta fordon i terrängen och klassificera dem samt skapa kartor för framkomlighet.

Laser som ett säkert kommunikationsmedel är ett relativt ny företeelse, som mer eller mindre revolutionerat synen på vad som är en stor informationsmängd att sända. En tunn glasfiber där informationen sänds med laserljus är tusentals gånger effektivare än en kopparkabel. När vi pratar i telefon förvandlas vår röst till digitala signaler som förs med ljuset i dessa fiberkablar.

Så varför inte skicka laserstrålen i luften istället? Då kallas det free space communication.

Man kan tänka sig två fartyg till havs som vill kommunicera utan att någon tjuvlyssnar, stör eller ens vet om att fartygen finns. Den gamla morselampan var svår att avlyssna och störa, men det blev inte mycket sagt. En lasersändare skickar iväg 125 Mb i sekunden. Hur många hårddiskar lasern kan sända i sekunden om 20 år vågar nog ingen ens gissa.

Talande laserkikare svår att störa
Amerikanska armén kan visa upp en ”talande” laserkikare. Den fungerar i korthet så här: Spanaren riktar kikaren mot misstänkta mål. Eftersom en GPS-mottagare är inkopplad kan målens koordinater fastställas. Spanaren lagrar mål efter mål i sin kikare. Tjugo stycken är maxgräns idag - men om några år... När spanaren lagrat färdigt vänder han sig mot en annan kikarförsedd soldat och nu har kikaren förvandlats till en sändare. En smal lob, bara två graders vinkel, skickar med låg effekt (en Watt), iväg den lagrade informationen på några sekunder. Den är inte lätt att uppfatta och hinna störa en sådan sändning. Den teoretiska räckvidden är åtskilliga mil. Den talande kikaren användes tidigare i år när amerikanska marinkåren testade nya idéer under övningen Hunter Warrior. Konceptet är en taktisk tillämpning av en strategisk idé om laserkommunikation mellan satelliter. Nu när den talande kikaren hamnat på marken finns det stora planer för framtiden. Det talas om hela nät av talande kikare osv.

Lasrarna blir snabbare och kompaktare
FOA-forskarna utvecklar såväl hårdvara som mjukvara. Man måste bygga färdiga apparater som det går att pröva sina idéer på. FOA har konstruerat en liten och robust koherent laserradar i samarbete med IT-företag som IMC AB och Radians Innova AB.

- Det händer mycket på hårdvarufronten, säger Dietmar Letalick. Allt för att göra lasrarna snabbare och kompaktare. Rörliga delar undviks. En tendens är att ersätta de komplicerade spegelsystemen i lasersystemen med glasfibertråd. Då utnyttjar man fördelen av att ljuset leds av fibern. En annan trend är att överge tekniken med skannande lasrar och istället använda sig av en matrisdetektor, dvs mottagaren är uppdelad i en massa smårutor som var för sig analyserar sin del av bilden. Detta gör att lasern mycket snabbare kan läsa av ett område. Tekniken kan kombineras med att lasern vrider sig sakta.

En förutsättning för att laserradarn förbättrats så snabbt på senare tid är naturligtvis datorernas utveckling. Först nu finns det datorer som kan ta hand om all information som lasern lämnar och det går att utföra signalbehandling som förut var otänkbar. Samtidigt blir de elektroniska komponenterna allt mindre. System som förut var för stora har nu krympt till en praktisk storlek och ett exempel på detta är laserradarn som mäter vindens styrka - inte bara i en punkt utan på så många punkter samtidigt att det går att rita upp en tredimensionell vindkarta.

Detta forskningsfält studeras nu på FOA av Christer Karlsson. Än så länge är man i början, men tekniken är mycket lovande och det finns stor såväl militär som civil användning för tekniken.

- Militärt kan man tänka sig en laservindmätare exempelvis på sikten till luftvärnskanonen. På så vis kan man beräkna vindens påverkan på projektilen och därmed öka chansen till träff redan vid första skottet, säger Christer Karlsson.

Även i andra militära sammanhang kan det vara bra att veta hur det blåser, t ex när man försöker lura en robot genom att skjuta ut skenmål i luften. Helst ska inte skenmålet ha blåst bort när roboten kommer fram. På flygsidan finns det en stor marknad för ett instrument som i realtid mäter vindstyrka och vindriktning i ett stort område. Särskilt vid oväder kan vindarna plötsligt ändra riktning och styrka och speciellt farligt är det när det drabbar ett flygplan som är på väg att landa. Ett kombinerat instrument som mäter både sikt och vind skulle fylla en viktig funktion.

Från FOA-tidningen nr 5-6-1997 - www.foi.se/framsyn