Radardeteksjon av UVA under interferens fra vindturbiner

Abstract

Økt nasjonal vindkraftutbygging har ført til nye konsesjonssøknader der Forsvaret er en viktig høringsinstans. For Forsvaret er det derfor relevant med mer kunnskap om hvordan vindturbiner påvirker radarytelse. Denne rapporten retter seg spesielt inn mot påvirkning på bakkebasert radar og ser nærmere på problemene knyttet til deteksjon av små UAV-er (unmanned aerial vehicles) i nærheten av vindturbiner. To hypoteser om slik påvirkning blir testet, både ved teoretisk analyse og ved målinger av vindturbiner med radar i S-bånd. På grunn av restriksjoner ble målinger av en UAV gjort utenfor vindparken, og disse dataene ble sammenstilt med dataene fra vindturbinmålingene. Valg av UAV som mål var mest rasjonelt med tanke på ressursbruk, men begrenser ikke resultatene til kun å gjelde for denne måltypen.

Den første hypotesen er at en UAV kan detekteres mellom turbinene når det er tilstrekkelig avstand og tilstrekkelig antall asimutceller mellom dem. Det er ikke mulig å bekrefte denne hypotesen generelt fordi dette er avhengig av turbinplassering og radarparametere. Men for vårt måleoppsett, der radaren sto noen få kilometer fra turbinene og med utsendt båndbredde på 5 MHz, har vi imidlertid vist at det er mulig å detektere en liten UAV mellom dem. Resultatene våre indikerer at det kan være mulig å detektere UAV-er mellom turbinene forutsatt at visse betingelser er oppfylt.

Den andre hypotesen sier at det er et problem å fastslå om en radardeteksjon er forårsaket av en vindturbin eller en UAV dersom de to er i samme avstand og asimutcelle. Vi har sett nærmere på forskjellen mellom ekko skapt av turbinblad og ekko skapt av UAV ved å måle turbinblad med og uten dopplerskift, og sammenstilt disse målingene med målinger av UAV-en. Disse undersøkelsene har styrket hypotesen. Det var vanskelig å skille mellom en deteksjon forårsaket av en UAV og en deteksjon forårsaket av et turbinblad. I noen tilfeller ble dessuten UAV-en maskert av turbinbladet.

Den andre hypotesen sier videre at det er mulig å klassifisere turbinblad og UAV med radar dersom de er i samme avstand og asimutcelle. Vi har undersøkt tre ulike metoder for en slik klassifisering og gjennomført forsøk som kan bekrefte dette. Resultatene våre har styrket den andre hypotesen ved at vi har demonstrert at teknologi i enkelte målescenarioer vil kunne klassifisere UAV og turbinblad.

This report considers the problems associated with ground based radar detection of small Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in the vicinity of wind turbines. Two hypotheses are tested by both theoretical analysis and radar measurements in S-band at a Norwegian wind farm. Due to UAV flight restrictions in the wind farm area, a measurement of an UAV was done at a different site. Finally, the two datasets were combined.

The first hypothesis claims that radar detection of a target should be possible in range and azimuthcells between the cells occupied by turbines. Due to differences in turbine deployment and the fact that the size of the cells depend on system specific parameters as bandwidth and wavelength, it was not possible to verify this hypothesis in general. However, at our measurement scenario with the radar at a few kilometers distance from the wind farm, and transmitting a 5 MHz bandwidth waveform in S-band, we found that this is likely to succeed.

The second hypothesis deals with radar echoes coming from range and azimuth cells where a wind turbine is always present and a target may be present alongside the turbine. The hypothesis claims that in this case it will be hard to distinguish between a radar detection caused by a real target and a radar detection caused by a wind turbine blade. Furthermore, the hypothesis claims that radar classification of an UAV and a wind turbine blade is possible. By presenting theory and analyzing the two datasets, we find the second hypothesis strengthened.