Passive radar system for detecting unmanned and non-cooperative aircraft and flight systems

The current concept of airspace surveillance is based on a combination of cooperative and non-cooperative radar systems, which, due to their respective technical properties, cannot adequately identify small aircraft or aircraft not equipped with transponders in some situations. In particular, the problem of drone flights into airport control zones and flight operations in a mix of, for example, helicopters and ultralight aircraft in uncontrolled airspace pose a significant safety risk, which
can only be partially reduced with additional sensors. The concept of a passive radar sensor, which has been known for several years but is not currently used in aviation, could make a decisive contribution to improving this.

Passive radar sensors use existing transmission devices as a signal source and determine the direction and distance to an object based on small detected differences in travel time. In the proposed project, a generic simulation model of passive radar systems is to be designed as a basis for further R&D activities and in preparation for the niche applications presented below and validated by field measurements using a functional demonstrator. In addition, radar signatures from exemplary aircraft are recorded and complete the model of the passive radar with radar target data that has not previously been available in the civilian sector. In addition to already known applications in the field of unmanned aviation, demand-oriented obstacle lighting or the protection of critical infrastructure, other applications of a passive radar sensor are to be evaluated.

The central result should be a model-based statement on the technical capabilities of passive radar systems (e.g. range, detection threshold). Based on the results of PARUS, it will be further examined whether the concept is suitable for detecting unwanted drone flights, for example at airports, as a sensor for demand-oriented obstacle lighting of wind turbines or as a complementary sensor for flight movements in the future UTM/ATM system. The need for further research for applications classified as promising will be identified and evaluated and will be incorporated into and help prepare cooperative R&D projects based on PARUS.

[Original text]
"Passives Radarsystem zur Detektion unbemannter und nicht-kooperativer Fluggeräte und Flugsysteme"
Das derzeitige Konzept der Luftraumüberwachung basiert auf einer Kombination kooperativer und nicht-kooperativer Radarsysteme, die aufgrund ihrer jeweiligen technischen Eigenschaften insbesondere kleine oder nicht mit Transpondern ausgerüstete Luftfahrzeuge in manchen Situationen nicht ausreichend identifizieren können. Dabei stellt insbesondere die Problematik von Drohneneinflügen in Kontrollzonen von Flughäfen sowie der Flugbetrieb im Mix aus beispielsweise  Helikoptern und Ultralight-Fluggeräten im nichtkontrollierten Luftraum ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, welches
auch mit ergänzenden Sensoren nur teilweise reduziert werden. Das seit einigen Jahren bekannte, aber in der Luftfahrt derzeit nicht eingesetzte Konzept eines passiven Radarsensors könnte hier einen entscheidenden Beitrag zur Verbesserung leisten.

Passive Radarsensoren verwenden ohnehin existierende Sendeeinrichtungen als Signalquelle und ermitteln anhand von geringen detektierten Laufzeitunterschieden die Richtung und die Entfernung zu einem Objekt. Im vorgeschlagenen Vorhaben soll als Grundlage für weiterführende F&E-Aktivitäten und zur Vorbereitung von den unten dargestellten Nischenanwendungen ein generisches Simulationsmodell passiver Radarsysteme konzipiert und durch Feldmessungen mit Hilfe eines Funktionsdemonstrators validiert werden. Ergänzend sind Radarsignaturen von exemplarisch gewählten Fluggeräten erfasst und komplettieren die Modellvorstellung des passiven Radars um bisher im zivilen Bereich nicht verfügbare Radarzieldaten. Nebe bereits bekannten Anwendungen im Bereich der unbemannten Luftfahrt, der bedarfsorientierten Hindernisbefeuerung oder dem Schutz kritischer Infrastruktur sollen weitere Anwendungen eines passiven Radarsensors bewertet werden.

Zentrales Ergebnis soll eine modell-basierte Aussage zu den technischen Fähigkeiten passiver Radarsysteme (etwa Reichweite, Detektionsschwelle) sein. Anhand der Ergebnisse von PARUS wird weiter betrachtet, ob sich das Konzept zur Detektion von unerwünschten Drohnenflügen etwa an Flughäfen, als Sensor für die bedarfsorientierte Hindernisbefeuerung von Windrädern oder als komplementärer Sensor für Flugbewegungen im zukünftigen UTM/ATM-System eignet. Der weitere Forschungsbedarf für die als aussichtsreich eingestuften Applikationen wird identifiziert und bewertet und soll in auf PARUS aufbauende kooperative F&E-Vorhaben einfließen und diese vorbereiten helfen.