R&D Group: Onboard Telecommunication Electronics for Spacecraft and Transportation Means (Telekomunikacyjnej Elektroniki Pokładowej Statków Kosmicznych i Środków Transportu)

SEMLA

Prosjektmål

Målsettingen med prosjektet er å oppnå FoU-resultater som muliggjør implementering av ultra-lette lavprofils planare (flate) og konforme antenner som kan operere med mer enn én polarisasjon, og som er egnet for bruk i en rekke anvendelser både på land og til sjøs, spesielt i miljømessig krevende omgivelser.


Forebygging av menneskelige og miljømessige katastrofer er avhengig av tidlig varsling av deres opprinnelse og mulige utvikling, umiddelbart etterfulgt av hensiktsmessige tiltak for å redusere konsekvensene. Dette krever pålitelig miljøovervåkningsutstyr, særlig realisert i form av luftbårne radarsystemer og radarer som opererer på strategisk plasserte (faste eller mobile) plattformer, støttet av egnede telekommunikasjonsløsninger som gir en rask datautveksling og betimelige varsler.

Den overordnede målsettingen med SEMLA-prosjektet er å utvikle nye innovative antennesystemer med tilhørende mikrobølge-elektronikk som gir pålitelige og fleksible radarbaserte overvåkingssystemer samt robust bredbåndskommunikasjon, spesielt for bruk i røffe miljøer som de polare strøk og andre fjerntliggende og/eller vanskelig tilgjengelige områder, og er svært sårbare for miljøkatastrofer. Prosjektet prioriterer anvendt forskning for å imøtekomme krav til vern av mennesker og miljø. Teknologier som utvikles i prosjektet er således av generisk karakter, for å kunne brukes i flere tilsvarende anvendelser. Spesiell vekt er lagt på anvendelser av stasjonære og/eller mobile radarsystemer, luftbåren radar, samt moderne telekommunikasjonssystemer, også for bruk i søk og redningsaksjoner.

Særskilte tema

Moderne antennesystemer for arktiske forhold

Antenner muliggjør radiosystemers kontakt med omverdenen, og representerer derfor de mest avgjørende elementene for ethvert radiosystems ytelsesevne. En dårlig antenne degraderer radiosystemets ytelsesevne, og kan i verste fall deaktivere det fullstendig.

Disse fakta synes for tiden å bli neglisjert, idet antenner og andre avgjørende radio-enheter har blitt samlebåndsprodukter; dette til tross for det stadig økende omfang av radiobaserte hjelpemidler som er svært viktige for vår hverdag, men som medfører at det elektromagnetiske miljøet gradvis oversvømmes av utilsiktede og tilsiktede signaler og forstyrrelser. Dette krever stadig mer raffinerte radiosystemer som overfører større informasjonsmengder, og kravene til antenneytelser er følgelig stadig økende.

Et typisk eksempel for maritime anvendelser er at et lag av saltholdig snø/is på en antenne endrer dens elektriske egenskaper betydelig. Dette kan i 'beste fall' redusere rekkevidden av kommunikasjonsutstyret og/eller kvaliteten på f.eks. radar avbildning, eller posisjonering med GPS/Galilelo/GNSS (GNSS: Global Navigation Satellite System) - og i verste fall føre til irreversible tap av data og utfall av radioforbindelser. Under betydelige isingsforhold kan GPS-mottakeren eller radiolinken slutte å fungere på grunn av endringer i antenneegenskapene.

Forskningen som utføres i dette prosjektet trekker på tidligere erfaringer som SEMLA-teamets medlemmer har opparbeidet, og setter nye ambisiøse mål for forskningen innen lav-profil antenner med multippel polarisasjon, avansert mikrobølgeteknikk og digital signalbehandling (DSP).

Lignende antennesystemer blir adressert av den seneste forskningen som utføres i militære og romfarts-laboratorier, og slike antenner kan være svært gunstige for andre anvendelser dersom de fremstilles av mindre kostbare materialer og med mer kostnadseffektive produksjonsmetoder. Foreløpig er ikke slike antenner i produksjon i Europa, og den teknologien som her blir utforsket vil skape unike nyvinninger med resultater som definitivt kan klassifiseres som høyteknologiske innovasjoner. Ultra-lette antenner for redningsutstyr og antenner for utstyr som gjør bruk av lokal fornybar energihøsting (f.eks. antenner integrert med solcellepaneler) er enda et felt hvor resultatene fra prosjektet kan brukes - i tillegg til moderne bredbåndskommunikasjon generelt, og spesielt under meget krevende miljøpåvirkninger.

Innovative antenner og mikrobølgeteknologi har helt siden starten av deres karriere vært hovedfokus for prosjektmedarbeidernes vitenskapelige forskningsarbeid, både når det gjelder de erfarne og anerkjente forskerne Dr. Pawel Kabacik og Mr. Fritz Bekkadal, samt den yngre generasjonen representert ved Dr. Arkadiusz Byndas. Antenner utviklet av dette forskerteamet er anvendt for de mest krevende romferder, for eksempel bemannede internasjonale romferder som involverer astronautenes virksomhet i verdensrommet utenfor romfartøyet, samt transport av NASAs romferger. Forskningen som utføres i SEMLA- prosjektet stammer bl.a. direkte fra kontrakter utført for europeiske og globale institusjoner og romfartsprogram.

Bredbåndskommunikasjon til sjøs

Det er blitt vist, både ved felttester og gjennom maritime operatørers tilbakemeldinger, at dagens kommunikasjonsmidler ikke fungerer tilfredsstillende mht. bla. tilgjengelighet, sikkerhet samt effektivitetskrav knyttet til marine og maritime operasjoner i Arktis. Prosjektene 'MarCom' 1 og 'MarSafe North'2 , som ble gjennomført med finansiering fra Norges forskningsråd og med Wroclaw University of Technology (WRUT) som en av partnerne, konkluderte med at dagens navigasjons- og kommunikasjonssystemer har urovekkende dårlige ytelser på breddegrader høyere enn 70°N:

Videre har en studie utført for European Space Agency (ESA) prediktert at et nytt system for pålitelig bredbånds digital kommunikasjon i nordområdene sannsynligvis ikke vil være tilgjengelig før tidligst i 2020.

I SEMLA-prosjektet utvikles avanserte modeller basert på metodiske målinger, for å kunne forstå hvilke tekniske løsninger som kreves for at bredbånds radiosystemer skal kunne operere tilfredsstillende i maritime omgivelser, også i nordområdene.

MarCom: 'Maritime Communications-Broadband at sea' (https://sites.google.com/site/marcomcommunity/Home)

MarSafe North – 'Maritime safety in the High North' (http://www.sintef.no/marsafe)

Polarimetrisk radar for tidlig varsling av katastrofer og vern av miljø

Kun ved bruk av to antenner med to eller flere polarisasjons-alternativer, sammen med avansert digital signalbehandling (DSP), kan moderne radarer oppnå tilstrekkelig fleksibilitet, følsomhet og kapasitet til å identifisere små objekter og/eller kilder til miljøgifter og andre trusler mot samfunnet, som ikke lar seg detektere med dagens tilgjengelige utstyr. Uten nye antenneløsninger kan verken polarimetri eller de nye mulighetene som avanserte DSP- løsninger tilbyr, bli realisert, noe som er en forutsetning for å kunne virkeliggjøre mer kapable deteksjons- og overvåkingssystemer. Radarobservasjoner muliggjør systematiske og tidsmessige tilstandsvurderinger av miljøet, og hjelper til å oppdage kildene og prosessene som fører til degradering av vitale ressurser på land og til sjøs.

Vedrørende tidlig varsling av forurensning forårsaket av oljesøl, så har SEMLA-prosjektet fokus på stasjonære og/eller miniatyriserte mobile laveffekts radaranlegg som kan benyttes til lokal overvåkning. Når det gjelder beskyttelse mot miljøforurensning av vann- og skogressurser er behovet for slike avanserte miniatyriserte radarsystemer meget omfattende, f.eks. til vern av innenlands vannressurser - innsjøer og elver, særlig ved bruk av fast installerte radarer i nærheten av avløpsrør for renseanlegg og tilsvarende kritiske installasjoner.

Prosjektaktivitetene er rettet mot å fremskaffe test-modeller av planare (flate) og konforme lavprofil integrerte antenner (inkludert DSP-moduler), også beregnet for bruk i luftbårne radarer, for dermed å legge til rette for mer effektiv påvisning av flytende forurensingskilder på vannflater og tilstandsvurdering av f.eks. skog og andre vitale vekster.

SEMLA arbeidspakker og oppgaver