A passzív radar rendszerek anélkül képesek detektálni céltárgyakat, hogy azokat saját maguk megvilágítanák valamilyen rádióhullámmal

A hagyományos aktív radarral történő felderítés során a rendszer kisugároz egy jól specifikált radarjelet, amelyet a céltárgyról visszaverődve detektál. A passzív radarok ezzel ellentétben nem sugároznak, hanem külső forrásoktól származó jeleket használnak fel a megvilágításra. Mivel a rendszer nem sugároz ki semmilyen mérőjelet, ezért nem detektálható és így nem is zavarható. A passzív radaroknak ezért nincs is szükségük adóegységre sem, emiatt az üzemeltetésük és gyártásuk is jelentősen olcsóbb. Milyen külső forrást lehet ilyen célra felhasználni? Például a földi digitális tv (DVB-T) adóhálózat által kisugárzott jelet, vagy az FM rádiót.

A passzív radar ötlete az első lokátor kísérletek idejére nyúlik vissza. 1935-ben Sir Robert Watson-Watt és kollégája Arnold Wilkins végezte az első repülőgép követési kísérletet, melynek során visszavert jeleket próbáltak felfogni egy Heyford bombázóról, amit a BBC rövidhullámú rádió adója világított meg. A lenti kis rajz mutatja hogyan nézhetett ki ez a kísérlet, de az antennák 20 km távolságra voltak egymástól. A tapasztalatok alapján épült később a "Chain Home" korai előjelző rendszer Anglia partjainál.

Létezik egy másik fajta felderítési technika, amit tévesen szintén a passzív, vagy csendes radarnak hívnak, de inkább a távérzékelés kategóriába lehetne sorolni. Ezt az elvet használják még a rádiócsillagászatban, és geodéziai műszereknél is. A külföldi szakirodalomban "Emitter Locating System" ELC a neve, amit nagyjából jelforrás helymeghatározó rendszernek lehetne fordítani. A dolog lényege hogy szinte minden repülő jármű folytat valamilyen rádiókommunikációt, tehát időnként rádiójelek jönnek ki belőle, amik alapján be lehet azonosítani őket. Ezeket a jelmorzsákat persze szuper érzékeny vevőkészülékkel és hatékony antennákkal meg lehet csípni, aztán számítógéppel elemezni, és egy folyamatosan frissített adatbankban lévő mintákkal összehasonlítva megállapíthatjuk, hogy az észlelt eszköz veszélyt jelent e ránk, vagy nem. Polgári alkalmazásnál természetesen erre nincs szükség. A következő kis felsorolásból láthatjuk hogy a fedélzeti radarokon kívül nagyjából milyen jeleket sugározhat még ki egy repülő eszköz:

• TACAN - (Tactical air navigation system) katonai repülőgépek által használt harcászati ​​légi navigációs rendszer.
• IFF - (Identification Friend or Foe) barát vagy ellenség azonosító rendszer, amelyet főleg katonai repülőgépek használnak.
• SSR - (Secondary Surveillance Radar) másodlagos radar, ami repülő eszközök azonosítását végzi aktív válaszadás alapján. Az SSR állomás által kiadott kérdést a repülő eszköz fedélzetén lévő válaszadó berendezés veszi, majd ha a válaszadás feltételei fennállnak, válaszol.
• ADS-B - (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) az SSR-t korlátozott képességei miatt leváltani hivatott rendszer. A repülő eszköz kisugározza saját koordinátáit, és adatait lekérdezés nélkül. Akár mi is vehetjük ezeket a jeleket viszonylag egyszerűen.
• DME - (Distance measuring equipment) távolságmérő berendezés, ami rádiójelek késleltetése alapján működik. Funkcionálisan megegyezik a TACAN hasonló összetevőjével.
• VOR - (VHF Omni Directional Radio Range) rövid hatótávolságú rádiós navigációs rendszer, amely lehetővé teszi rögzített földi rádió-jeladók hálózatán keresztül a repülőgépek helymeghatározását. A GPS lassan teljesen kiszorítja, de egy minimális kiépítettséget mindenképpen meg kell tartani belőle arra az esetre ha a globális helymeghatározó rendszerrel történne valami.
• JTIDS - (Joint Tactical Information Distribution System) az USA és szövetségesei által az L-sávban használt adatkommunikációs hálózat. Mobiltelefonhoz hasonló valós idejű kódolt információcserére (adat,kép, hang) szolgál.

Ha nem sugároz ki koordinátákat, akkor a céltárgy pozícióját az un. multilaterációs elv segítségével tudjuk megállapítani, ez azt feltételezi hogy legalább három ( négy még jobb eredményt ad) egymástól távol lévő állomás veszi a ugyanazt a jelet. Az állomások precíz órajellel össze vannak szinkronizálva, erre kézenfekvő manapság valamelyik globális helymeghatározó rendszert felhasználni (GPS,Glonass). Mivel a visszavert jel különböző időpontokban érkezik meg az állomásokra, az adatokból egy algoritmus kiszámolja a céltárgy pozícióját. Lenti képen az ERA cseh cég által gyártott polgári légi azonosító rendszer sémája látható. Az SSR állomás által küldött jelre válaszol a gép, amit az S1-S2-S3 passzív érzékelő egységek vesznek, és elküldik az adatokat S0 központba, ahol egy központi számítógép beazonosítja a repülőgépet, és megjeleníti a pozícióját.

Meglepő módon először Csehszlovákiában a TESLA cégnél kezdtek komolyabban foglalkozni ilyen rendszerekkel a korai hatvanas években. Még a nyugati országok is később kezdték fejleszteni a sajátjaikat. Első passzív érzékelő a Kopac névre hallgatott. Ez teljesen analóg módon működött, és képes volt manuálisan 6 céltárgyat követni. A Kopac az 1-20 GHz közötti sávot tudta figyelni, és főleg a repülőgépeken lévő IFF és TACAN jeladók által sugárzott rádió jelcsomagokra volt kihegyezve. Egészen 1979-ig szolgálatban tartották.

Lenti képen nem egy víztornyot láthatunk, hanem a kopac érzékelőt leváltó Ramona rendszer egyik állomását. NATO kódneve: Soft Ball. A gömb ad otthont a különféle érzékelőknek, és az egységek egymást közti kommunikációjáért felelős készülékeknek. 0,8-18 GHz közötti sávot figyelte, általában volt egy központi állomás ami a két vagy három távolabbi egységből mikrohullámon érkező adatokat dolgozta fel. A mobil verzió kissé nehézkesre sikeredett, mert 160 tonnát nyomott, és 13 Tátra teherautó szállította, a beüzemelés 12 órát vett igénybe. Ez a rendszer is főleg az IFF, SSR és TACAN transzponderek által kibocsátott jeleket fülelte.

A fejlődés következő állomása a Tamara rendszer, melynek tesztelése 1983-ban kezdődött, 1987-ben állították szolgálatba. NATO kódja szemeteskuka volt, ami a lenti kép alapján teljesen érthető. A kép jobb oldalán a kezelő konzolt láthatjuk, a névleges vételi távolság 450 km-ig tartott. A kukára hasonlító henger alakú érzékelő egység 25 méter magasra emelkedett. Működési elv hasonló volt mint az előző generációnál, viszont a mobilitáson sokat javítottak. Ez már 8 Tátra teherautóra ráfért, és 20 perc alatt telepíthető, automata hidraulika tolta ki az érzékelő egységet. A rendszer a Szovjetunión és az NDK-n kívül már Kína és az USA érdeklődését is felkeltette. A TESLA összesen 23 darabot készített belőle.

A rendszerváltáskor a TESLA cég is széthullott, és a belőle kivált ERA társaság tovább folytatta a munkát a régi csapattal. Megszületett az érzékelők negyedik generációja a VERA, amely több változatban került forgalomba. VERA-AP a polgári légi forgalom irányító változat, amely felhasználja a polgári SSR transzponder 1030 és 1090 MHz-es jeleit. VERA-E az export katonai változat, VERA-S/M a cseh hadseregnek készült mobil verzió. BORAP néven is futott egy változat, ami 200 célt tudott egyidejűleg követni 500 km-es hatókörzetben, 1 óra alatt telepíthető, és együttműködik a VERA verziókkal. Újságcikkek szerint a cseh külkereskedelmi vállalat 2004-ben 6db VERA-E rendszert akart eladni Kínának, de az amerikai kormány nyomására nem jött létre az üzlet. Lenti képen a cseh hadsereg egyik zászlóalja BORAP és VERA passzív rendszerekkel kitelepülve.

A legnagyobb sajtóvisszhangot eddig az ukrán Kolchuga rendszer kapott. Ezt még az 1980-as években a Rosztov katonai intézet és a Topáz rádióelektronikai gyár Donyeckben kezdte fejleszteni. 1987 és 1992 között 44 darab készült, ebből 14 maradt Ukrajnában. A Szovjetunió felbomlása után elkezdték korszerűsíteni a különleges készüléket. Nyolc évig (1993-2000) fejlesztették az eszközt és tesztelték az algoritmusokat mire megindult a sorozatgyártás. A viszonylag olcsó ukrán Kolchuga-M passzív radarállomás képes felismerni és azonosítani ideális körülmények között több mint 600 km távolságról gyakorlatilag az összes ismert aktív rádiós eszközzel felszerelt földi, légi, vagy tengeri járművet, legalábbis a gyártó szerint. A lenti képen láthatjuk hogy minden sávra van külön antenna, három ilyen egységből és egy központi operátorból áll a teljes rendszer. A Kolchuga több politikai botrányban is szerepelt. Az USA 2002-ben megvádolta Ukrajnát, hogy Iraknak adott el a rendszerből, és 2006-ban felmerült Irán neve is a vásárlók között, de az ukrán kormány tagadott. Éppen emiatt több legenda és spekuláció is keringett külföldi fórumokon, az egyik véglet szerint fölösleges izgulni, mert a képek alapján a rendszer nem teljesítheti a gyári paramétereket, a másik véglet pedig azt állította, hogy ez a cucc bizony képes pusztán a hajtómű által keltett elektromos interferencia alapján érzékelni légi járműveket. Az igazságot valószínűleg soha nem tudjuk meg.

Ahogy a következő projektről sem. "Láthatatlan kéz megállította a görög szuperfegyver fejlesztését" címmel is jelent meg cikk a témáról. 2000-ben kezdődött a HEMPAS-CCIAS passzív célkövető rendszer fejlesztése, és 11 éven keresztül csiszolgatták. 2007-ben mutatták be a prototípust, ami meggyőzte a katonai vezetőket. Ha a hír igaz sikerült olyan passzív rendszert kifejleszteni, ami kihámozza a háttérzajból az elektronikusan néma repülő eszközök nyomait is. Ennek ellenére mégsem kapott elég pénzt a program, és odáig jutott a dolog, hogy a fejlesztőknek kellett levelezgetni a miniszterelnökkel. Az eset kissé fura annak fényében hogy Görögország a gazdasági válság ellenére igen magasan tartja katonai kiadásait, ráadásul legnagyobb riválisukkal (Törökország) szemben jelentős fölénybe kerülhettek volna, aki éppen ötödik generációs F-35 vadászgépekkel erősítgeti légierejét. 2013 óta semmi hír a projektről.

Most pedig nézzük hogyan lehetséges a földi adóhálózat külső forrásként való felhasználása. A lenti kép jobboldalán az analóg tv adás spektrális eloszlása. Amint láthatjuk a jel nem igazán ideális megvilágítási célra. A világosságjel, és a színsegédvivő, valamint a hangvivő köré csoportosulnak a jelmaximumok, amik a képtartalom függvényében erősen változnak, ellenben baloldalon az mpeg tömörített földi digitális (DVB-T) jelcsomag zajszerű spektrális eloszlást mutat, hasonlót mint amivel a korszerű radarok is dolgoznak. Manapság már csak ilyen digitális tv adást sugároznak, ezért rendelkezésünkre áll egy 0-24 óráig működő ingyenes megvilágító forrás.

Az FM rádió hálózat is felhasználható erre a célra a viszonylag kis sávszélesség és a vivő állandó jelenléte miatt. Kikapcsolódásképpen tekintsük át milyen lehetőségeink adódnak arra, hogy akár otthonról is nyomon kövessünk repülő járműveket. Legegyszerűbb és legkényelmesebb megoldás ha felmegyünk a Flightradar24.com-ra, és valós időben bogarászhatjuk a repülőket. Amennyiben kitartóak vagyunk katonai gépeket is elcsíphetünk (nekem sikerült). Az oldal főleg az ADS-B transzponder által küldött adatokra támaszkodik. Vásárolhatunk a legnagyobb aukciós portálon ADS-B vevőkészüléket, amellyel mi magunk figyelhetjük a körülöttünk zajló légiforgalmat.

Építhetünk SDR alapú passzív radart, ami az FM adóhálózatot használja. SDR: "Software Definied Radio", olyan rádiórendszer amelynek a klasszikusan használt elemei (demodulátorok, szűrőK, oszcillátorok, erősítők stb..) szoftveresen vannak megvalósítva. Persze bizonyos részek fizikailag kellenek hozzá (pl. antenna, AD átalakító), de gyakorlatilag a kimeneten a teljes rádiósáv digitális formában rendelkezésünkre áll, ezzel végtelen lehetőségek nyílnak meg előttünk. Megfelelő szoftver birtokában a helyi rádiót és tv adóktól kezdve mindenre vadászhatunk ami valamilyen értelmezhető jelet ad ki magából. Ilyenből kell kettőt beszereznünk (Ebay), meg kell két darab FM rádió antenna - lehetőleg több elemes Yagi - és már meg is kezdhetnénk radarkísérleteinket, de sajnos kell még egy közösítő egység amin keresztül össze lehet szinkronizálni a DSR rádiókat. A lenti ábrán láthatjuk a működési elvet.

A műsorszóró adó által kibocsátott jelet a felé néző antenna veszi, a másik pedig ellenkező irányból a visszavert jelet, ami nem csak repülőgépről, de pl. meteorról is jöhet. Ezt hívják bisztatikus radarnak, amikor több egymástól távol lévő állomás van, az pedig a multisztatikus. A többi már a PC dolga, a kísérlethez elérhető nyílt forráskódú szabadon fejleszthető szoftver. Akinek nem ment el a kedve a radar építéstől az itt talál bővebb információkat.

A következő részben megnézzük milyen passzív érzékelőket fejlesztett az USA, valamint Kína és Oroszország, de felbukkan egy magyar rendszer is.

Források: Wikipédia, usairpower.net, hackaday.com, repulestudomany.hu

Képek forrása: Miroslav Gyürös, eBay.com, usairpower.net, hackaday.com