Trotz Tarnung auffindbar

Zur Antwort gezwungen: Forscher haben eine Technik entwickelt, mit der selbst gut getarnte und abgeschirmte Radare geortet werden können. Solche passiven Geräte senden kein eigenes Signal aus, können aber so stimuliert werden, dass ihre Empfangsantenne zum Sender einer ungewollten Antwort wird. Neben dem Aufspüren von passiven Radaren könnte die Methode zukünftig auch zur Ortung von Tarnkappenfliegern oder abgeschirmten Drohnen zum Einsatz kommen.

Radare sind für den zivilen Flug- und Schiffsverkehr, aber auch für das Militär ein wichtiges Werkzeug. Sie helfen dabei, Hindernisse oder andere Objekte wie Schiffe, Flugzeuge und Drohnen aufzuspüren, und können dadurch Kollisionen verhindern, aber auch vor feindlichen Angriffen schützen. Die meisten Radare können über ihre Strahlungssignatur allerdings auch vom Gegner aufgespürt und anschließend vernichtet werden. Um das zu umgehen, werden im militärischen Bereich heutzutage vermehrt passive Radarsysteme eingesetzt, die neben ihrer besseren Tarnung auch kostengünstiger und technisch weniger anspruchsvoll sind.

Bestimmung über Radio- und Mobilfunkstrahlung

„Ein passives Radar sendet per Definition keine Signale aus“, erklärt Seniorautor Zenon Szczepaniak von der Militäruniversität für Technologie in Warschau. „Es kann mit einem sehr sensitiven Mikrofon verglichen werden, das nicht die Geräusche eines Flugzeugs aufzeichnet, sondern ein Signal, das von dem Flugobjekt reflektiert wird.“ Das vom Objekt zurückgeworfene Signal kann dabei aus verschiedenen Quellen kommen, die als Gelegenheitstransmitter bezeichnet werden. Zu diesen zählen beispielsweise Mobilfunk-, Radio- und DVB-T-Sendemasten.

Das passive Radar nimmt letztlich die Differenz zwischen dem Grundsignal der öffentlichen Strahlung und dem vom Flugzeug reflektierten Teil wahr und kann so seine Position und Geschwindigkeit bestimmen. Die gemessenen Informationen werden dann auch nicht per Funk, sondern über Kabel weitergegeben. Durch die fehlende Eigenstrahlung des Detektionsgeräts galt es lange als äußerst schwierig, passive Radargeräte aufzuspüren.

Sprengfallen als Vorbild

Doch jetzt hat das Forscherteam um Szczepaniak und Erstautor Michał Knioła einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen. Als Vorbild diente ihnen eine vorangegangene Forschung Szczepaniaks über Sprengfallen im Jemen-Krieg. Diese werden dort als Steine getarnt und lösen mittels Infrarot-Sensor aus. „Wenn wir hier ein klassisches Radargerät verwendet hätten, hätten wir wahrscheinlich nichts gefunden, weil das Signal zu sehr mit dem Boden, den Bäumen und anderen Steinen interferiert“, erklärt Szczepaniak. „Wir haben aber nach einer Antwort gesucht, die von einem elektronischen und im Stein verborgenen System kommt.“

Durch die Anpassung ihres Radar-Signals konnten die Wissenschaftler die versteckten Schaltkreise der Sprengfallen schließlich dazu bringen, eine nicht-lineare und dadurch aufspürbare Antwort zu senden. Im nächsten Schritt wollten sie ihre Detektions-Technik auch auf passive Radargeräte übertragen. Deren Elektronik ist aber nicht wie die der Sprengfallen von einem Kunststoffmantel umgeben, sondern wird häufig komplett von einem Metallkasten abgeschirmt. Die einzige Verbindung zur Umwelt stellt dann die Antenne dar, die beispielsweise das DVB-T-Signal empfängt.

Stimulation zwingt Radar zur Antwort

„Das Signal muss die Antenne des passiven Radars also in genau dem Frequenzbereich treffen, in dem diese das Fernsehsignal empfängt“, sagt Szczepaniak. „Es hat sich herausgestellt, dass wir das Radar durch ein sorgsam präpariertes Suchsignal zu einer nicht-linearen Antwort stimulieren konnten.“ Die Technik zur Detektion der Sprengfallen ist demnach mit entsprechender Anpassung des „Wecksignals“ auch bei den passiven Radargeräten anwendbar.

„Das Paradoxe dabei ist, dass uns das Radar nur Feedback sendet, weil der Empfangsverstärker an die Antenne angeschlossen ist“, erklärt Szczepaniak. „So kommen wir in das gepanzerte Gerät hinein und durch dieselbe Antenne wieder raus. Das Radar wird dann von unserer Stimulation gezwungen, ein Signal auszusenden – obwohl es das eigentlich nicht will. Seine Empfangsantenne wird so zur Sendeantenne für unser spezielles Signal.“

Auch andere getarnte Geräte auffindbar

Im praktischen Anwendungsfall könnte das neue Detektionssystem der Wissenschaftler beispielsweise auf einer Drohne montiert werden und so Truppen dabei helfen, in unbekanntes Gebiet vorzudringen. Um wirklich damit erfolgreich zu sein, seien sie vor Ort aber auch auf eine Kartierung von vorhandenen Gelegenheitstransmittern angewiesen, räumen die Forscher ein. Nur so könne man das Suchgebiet für passive Radargeräte im Vorhinein angemessen einschränken.

Neben den Radaren könnte die Technik den Wissenschaftlern zufolge zukünftig auch für andere, schwer auffindbare Geräte verwendet werden. Zu diesen sollen unter anderem auch Tarnkappenflieger und Drohnen zählen, die beispielsweise sensible Infrastruktur wie Regierungsgebäude oder Raffinerien bedrohen. (Electronics, 2022; doi: 10.3390/electronics10141625)

Quelle: Science in Poland