Radarinnovaties testen in het veld

Bij Thales Advanced Development & Studies leidt Ronny Harmanny een team dat zowel onderzoek doet naar nieuwe technologieën als helpt bij het op de markt brengen ervan. Een mooi voorbeeld is de functionaliteit voor dronedetectie en -classificatie die is toegevoegd aan de SQUIRE-radar.

Hoe kan een radar het verschil zien tussen drones en vogels? Ronny Harmanny en zijn team bij Thales Advanced Development & Studies bedachten een vernuftige oplossing. “Met zogeheten micro-Doppler kunnen we bewegende delen waarnemen op bewegende objecten, waardoor we de draaiende propellers van een drone kunnen onderscheiden van de fladderende vleugels van een vogel. Met geavanceerde verwerkingstechnieken kunnen we de signalen versterken, zodat we ze van relatief veraf kunnen zien – een paar kilometer buiten het minimale instrumentbereik. We hebben de oplossing niet alleen bedacht maar ook helpen integreren in de SQUIRE, als onderdeel waarvan onze vinding nu met succes in het veld wordt ingezet.”

De SQUIRE is Thales’ draagbare grondsurveillanceradar voor middellange afstanden. Het systeem kan bewegende doelen op of dicht bij de grond detecteren en classificeren tot 48 km ver weg. “We gebruiken de SQUIRE om nieuwe technieken uitgebreid te testen die potentieel hebben voor onze systemen”, zegt Harmanny, die aan het hoofd staat van de groep en actief deelneemt aan het R&D-werk. “Om de voor- en nadelen van deep learning voor militaire toepassingen in kaart te brengen, kunnen we bijvoorbeeld een neuraal netwerk installeren en ermee experimenteren in het veld – de SQUIRE is daar bij uitstek geschikt voor, maar we kijken ook naar andere radarproducten van Thales.”

Satelliet

Na het behalen van zijn bachelor elektrotechniek aan de Hanzehogeschool in Groningen en een master informatica aan de Universiteit Twente ging Harmanny in 2000 aan de slag bij Thales. “Ik begon in Hengelo maar kreeg al snel een uitnodiging van Eric Woonink om te komen werken op de nieuwe vestiging die hij net had opgezet in Delft. Een verhuizing naar het westen sprak me wel aan en dus ben ik de uitdaging aangegaan.”

Het satellietkantoor werd opgezet op een moment dat er een soortgelijk tekort was aan engineers. “Ook in 2000 was de vraag groter dan het aanbod. Door dicht bij de Technische Universiteit Delft te gaan zitten, wilden we afgestudeerden aantrekken, met als doel een deel van hen na een paar jaar door te sluizen naar Hengelo – ik ging eigenlijk tegen de stroom in”, herinnert Harmanny zich glimlachend. “Een andere reden voor Thales om zich daar te vestigen was de nabijheid van strategische partners, zoals de radargroepen van de TU Delft en TNO in Den Haag, en een belangrijke klant, de Koninklijke Marine, die toen ook nog in Den Haag zat.”

Als radardesignengineer heeft Harmanny meegewerkt aan verschillende producten van Thales. “Voor de Flycatcher Mk2-vuurleidingsradar voor luchtverdediging heb ik specificaties geschreven en later ook testdocumenten en testsoftware. Voor een ander project heb ik wat FPGA-ontwikkeling gedaan. In het begin hielden we ons vooral bezig met klussen waar ze in Hengelo door tijdgebrek niet aan toe kwamen. In de loop der jaren kwam daar steeds meer innovatiewerk bij, op de lagere technology readiness levels. Daardoor verschoof de focus van de groep naar onderzoek, en die van mij dus ook.”

Nauwe contacten

Voor de R&D op de lagere TRL-niveaus heeft Advanced Development & Studies onder meer een jarenlange samenwerking met TNO, geformaliseerd in het Dutch Radar Center of Expertise (D-RACE). “Binnen D-RACE leggen we in feite de basis door potentieel interessante onderzoeksrichtingen uit de wetenschappelijke literatuur te plukken”, legt Harmanny uit. “Vervolgens bedenken we experimenten om onze bevindingen te beoordelen op hun merites.”

Naast deze lagere TRL-projecten doet Advanced Development & Studies ook veel hoger TRL-werk. Dit omvat de betrokkenheid van de groep bij SQUIRE maar ook integrated topside design, waarbij onder meer wordt gekeken naar de elektromagnetische compatibiliteit van de systemen die boven de waterlijn opereren. “Wij bekijken hoe de radar-, wapen- en communicatiesystemen op een schip elkaar storen en geven advies over hoe ze het best kunnen worden geplaatst om de interferentie onder controle te houden”, illustreert Harmanny. “We brengen ook de stralingsgevaren aan boord in kaart om de blootstelling van de bemanning te minimaliseren en we analyseren de radarsignatuur van een schip zelf om het risico op detectie te verkleinen.”

Daarnaast houdt Advanced Development & Studies zich bezig met de octrooiportefeuille voor alle Thales-activiteiten in Nederland, in nauwe samenwerking met octrooigemachtigden. En Harmanny en zijn collega’s zijn verantwoordelijk voor spectrummanagement, een historisch gegroeide activiteit waarbij ze contact onderhouden met de Nederlandse autoriteiten over zendvergunningen voor diverse Thales-systemen, zowel om de eigen tests te ondersteunen als om transmissies vanuit Hengelo mogelijk te maken. Verder onderhoudt de groep nauwe contacten met het Agentschap Telecom en soortgelijke instanties voor militaire toepassingen en adviseert hen over mogelijke toekomstige bedreigingen wanneer anderen toegang krijgen tot het spectrum dat door de Nederlandse industrie wordt gebruikt.

Deep learning

Een van de veelbelovende onderzoekslijnen die Harmanny en zijn team hebben uitgezet, betreft deep learning (DL). “Onlangs hebben we een studie gepubliceerd over het gebruik van DL-technieken om de radargevoeligheid te vergroten. Daarin laten we zien dat we individuele personen in een groep van vijftig kunnen identificeren op basis van hoe ze langs een radar lopen. Dit kan een interessante opstap zijn naar een radarbeveiligingssysteem dat snel mensen herkent die het eerder heeft gezien. We moeten echter nog wel wat werk verzetten voordat dergelijke technieken klaar zijn om te worden geïntroduceerd in producten van Thales.”

In een ander onderzoeksproject kijkt Harmanny’s groep naar het gebruik van deep learning om drones te detecteren in een windmolenpark. “Door de grote metalen wieken van een windturbine wordt het radarsignaal van een kleine drone volledig overstemd. Met traditionele technieken zijn de twee niet van elkaar te onderscheiden. Wij hebben laten zien dat deep learning voordelen biedt bij de ontwarring van de signalen en dat het niet alleen mogelijk is om de drone te detecteren maar ook om kenmerken als het aantal rotors te bepalen uit de micro-Doppler-signatuur. Dit zou zeer nuttig kunnen zijn bij het gebruik van radars rond offshore windparken.”

De inzet van deep learning om de werking van een radar te optimaliseren, is een belangrijk aandachtspunt van Harmanny. “De golfvorm, besturing of verwerking dynamisch aanpassen om sneller te kunnen anticiperen op wat we meten.” Een ander aandachtsgebied is het benutten van de kracht van phased-array radars. “Bundelvorming door de individuele besturing van zend- en ontvangstelementen biedt een enorme flexibiliteit. We kijken niet alleen hoe we deze flexibiliteit mogelijk kunnen maken en kunnen vergroten maar ook hoe we er optimaal gebruik van kunnen maken.” Last but not least noemt Harmanny kwantumcomputers. “Die maken het mogelijk om nieuwe algoritmes uit te voeren, ook voor radarverwerking. Hoe zouden we deze kracht eventueel kunnen benutten?”

Vrijheid

Volgens Harmanny biedt Advanced Development & Studies het beste van twee werelden. “We zijn onderdeel van een groot bedrijf, met alle organisatorische voordelen van dien. Tegelijkertijd opereren we relatief zelfstandig. In samenwerkingsverbanden met partners als TNO, maar ook ter ondersteuning van het ministerie van Defensie, kunnen we een breed scala aan onderzoeksthema’s verkennen. In nationale en internationale studies kunnen we zelfs pre-competitief samenwerken met bedrijven die op een of andere manier met ons concurreren en krijgen we – tot op zekere hoogte – een kijkje in hun keuken. Deze vrijheid is een van de dingen die ik zo leuk vind aan mijn baan.”

Inclusief hemzelf bestaat Harmanny’s team uit elf mensen, voornamelijk natuurkundigen, elektrotechnici en computerwetenschappers. “We hebben al een flink aantal frisse gezichten, en ik verwacht dat er nog meer bij zullen komen. Er zijn een heleboel nieuwe ontwikkelingen waar onze expertise heel goed van pas komt.”