Hjem Artikkelarkiv Artikler 2-2010 Radarsikkerhet

Radarsikkerhet

Selv i pent vær er lystbåter, seilbåter så vel som motorbåter, og redningsfarkoster vanskelige å oppdage på tilstrekkelig avstand med radar. Og i dårlig vær med sjøekko og nedbørsekko vil de ofte ikke bli oppdaget i det hele tatt.

Radaren ser ikke alt
Dette forholdet forverres ved at både vanlige navigasjonsradarsett og de mer avanserte ARPA radarsettene har automatiske funksjoner som reduserer eller fjerner uønskede ekko fra sjø og nedbør slik at radarbildet blir renest mulig. En ulempe med disse funksjonene er at de reduserer alle ekko, også de allerede svake ekkoene fra små farkoster.
For navigatører og båteiere som måtte tro at radaren er altseende, kan det være nyttig å huske på hva kapteinen på passasjerfergen ”Bohus” sa etter at de hadde kollidert med det 3000 tonn store lasteskipet ”Conberria” den 28. april 1994:
”Vi var underveis over til Strömstad, og var kommet rett ut for Tjømebåen, syd for Verdens Ende. Jeg anslår sikten til en nautisk mil, hvilket ikke er særlig bra. Det er grunt rundt Tjømebåen. Når bølgende bryter i slikt farvann, forstyrrer det radarbildet i slik grad at vi ikke fikk refleks av lasteskipet.”

For å bedre mulighetene til å bli oppdaget av andre fartøyer med radar, kan små farkoster benytte radarreflekterende konstruksjoner eller materialer som øker styrken på radarekkoet, aktive reflektorer (radar transpondere) som gir et tydelig «ekko» på radarskjermen, eller radarreflekterende nød- og markeringsraketter. I tillegg kan de ha radarvarsler som oppdager radarsett i området, og som angir retningen til dem. Disse hjelpemidlene finnes i mange varianter og med høyst varierende kvalitet. Flere typer er dessuten mer til «pynt» enn til nytte.
Fra 1. juli 2005 ble det påbudt for alle sertifikatpliktige fartøyer (SOLAS Kap V) på under 150 tonn å ha en reflektor godkjent i henhold til den internasjonale standarden ISO 8729. Fra 22. juli 2009 trådte en utvidet og revidert standard i kraft. ISO 8729 er nå delt i to deler, hvor ISO 8729-1 (2010) omhandler passive reflektorer, og ISO 8729-2 (2009) omhandler aktive reflektorer. Passive reflektorer har en ren mekanisk konstruksjon som reflekterer radarpulsen, mens de aktive består av en mottaker, forsterker og en sender som sender radarpulsen tilbake med mye høyere effekt.

Det er ikke så farlig med de små
Merkelig nok er det ikke noe krav om reflektorer for fritidsbåter, og for fiske- og fangstfartøyer er det bare krav om radarreflektor i redningsbåtene. Det er imidlertid ikke noe krav til selve reflektorene i redningsbåtene, så enhver ”dings” påtrykt ”Radarreflektor” vil være godt nok. Man skulle jo tro at spesielt redningsbåter burde ha effektive reflektorer. I Norge er vi ellers vant med offentlige påbud og forbud innen de fleste områder, med påbud om bilbelte, sykkelhjelm, lys og refleks på sykkelen, forbud mot å snakke i mobiltelefon osv, mens radarreflektor som øker sannsynligheten for å bli sett på radar, ikke er noe krav for de minste og mest sårbare båtene.
Man kan derfor undres over at mens ganske store båter med komplisert konstruksjon må ha godkjent radarreflektor for å sikre at de blir sett, så trenger ikke de små, strømlinjeformede, og nærmest usynlige båtene like god reflektor.
På den annen side, så representerer jo ikke en liten seilbåt noen fare for et stort lastefartøy. Det er lastefartøyet som kan være farlig for seilbåten, og det forholdet dekkes ikke av SOLAS.

Å bli sett, eller ikke
Det er hovedsakelig militære som har vært opptatt av hvordan fartøyer og fly reflekterer radarenergien. Men de har interessert seg for hvordan de kunne gjøre radarrefleksjonene svakest mulig, helst så svake at fartøyene og flyene ikke kunne oppdages på fiendens radar. Denne lavsignaturteknologien ble først allment kjent under Gulfkrigen, hvor det amerikanske ”stealth” i løpet av få dager i 1990 ble et internasjonalt dagligdags uttrykk blant både militære og sivile.
Radarreflektorene er derimot spesielle konstruksjoner som skal øke styrken på radarekkoet fra fartøyer som i seg selv gir for svakt ekko, ved å reflektere mest mulig av radarenergien tilbake til radaren. Radarreflektorer er også montert på sjømerker for å øke radarekkoet fra disse. Hvor kraftig radarekko en båt eller annen gjenstand gir, angis som ”objektets radartverrsnitt”, og det måles i kvadratmeter. Det er viktig å være klar over at radartverrsnittet ikke har direkte sammenheng med objektets fysiske størrelse, kun i hvilken grad objektet reflekterer den radarenergien som treffer objektet.

Radartverrsnitt
Et mål for den radareffekten som blir reflektert fra et objekt i en gitt retning, i forhold til den effekten objektet blir belyst med. Angir refleksjonsevne, ikke fysisk størrelse. Enheten er kvadratmeter.

Mens store fartøyer har radartverrsnitt fra noen tusen til flere hundre tusen kvadratmeter i X-bånd (9,2-9,5 GHz), har fritidsbåter, seilbåter så vel som motorbåter, og redningsfarkoster vanligvis et radartverrsnitt som er mindre enn 5 m2. Sjømerker med reflektor har et radartverrsnitt som varierer fra ca 5 m2 for staker til over 1000 m2 for større bøyer.

”Testet og utprøvet”
Det finnes ingen reflektorer som reflekterer like godt i alle retninger, og man kan heller ikke se på dem hvor gode de er. De fleste produsenter oppgir hvor stort radartverrsnitt reflektoren har, men informasjonen kan ofte være direkte villedende siden de ikke oppgir hvilke retninger og krengninger radartverrsnittet gjelder for. Noen reflektorer beregnet for seilbåter, tåler ikke at båten krenger mer enn 1°. Og de fleste seilere har nok opplevd betydelig større krengninger enn det.
I brosjyrer og på internett gir den svenske produsenten Fristad Plast AB følgende beskrivelse av sin ”FP RadarReflektor”:
Den man ikke ser kan man ikke styre unna! Når du er ute og seiler i tåke og mørke (og hvem er ikke det en eller annen gang?) bør du ha en effektiv radarreflektor for å bli sett på radaren til de som er mye større enn deg og som knapt nok vil merke en kollisjon med din båt!
Innholder 14 stk rettvinklede reflektorer for best mulig synlighet, hvilket gir en refleksjonsoverflate på ca 2000 cm2. Mål: 600 x 55 mm. Vekt 270 gram. Lett å feste med to FP vantfester. Testet og utprøvet.

Denne rørreflektoren ser nok pen ut, med hvit grunnfarge og rød og blå skrift. Den er dessuten lett å feste i vant eller stag, men der er det også slutt på den nyttige og gode informasjonen.
Røret inneholder 14 små rettvinklede reflektorer, men sidene på disse er for små i forhold til bølgelengden for X-bånd radar til at de kan gi noen refleksjon av betydning.
Mens minimumskravet til sterkeste refleksjon i henhold til ISO 8729 er 7,5 m2, har FP-reflektoren bare 0,2 m2. Altså under 3 % av kravet for godkjente reflektorer. At produsenten oppgir radartverrsnittet i cm2, gjør det ikke lettere for kjøperen å vurdere hvor god reflektoren er.
Avslutningsvis oppgis at reflektoren er ”testet og utprøvet”. Men ikk
e noe om hva den er testet mot, og heller ikke resultatet av testene. Hvis reflektoren er testet mot internasjonale standarder, var nok testene og prøvene mislykket.
Det er imidlertid ikke noe i veien for at denne typen reflektorer kan markedsføres og selges til fritidsbåter og redningsbåter, siden det ikke finnes noe krav til reflektorer for disse. Unntaket er seilbåter som skal delta i større regattaer, for der krever seilforbundene at reflektoren skal ha et radartverrsnitt på minst 10 m2. Dette er egentlig et foreldet krav som baserer seg på radartverrsnittet til en åttehjørnet reflektor med tverrmål på 46 cm, en, etter dagens teknologi, dårlig konstruksjon fra Andre verdenskrig. Men likevel er det fremdeles denne konstruksjonen de fleste seilere forbinder med radar reflektor.

Hva er kravene?
Den internasjonale standarden ISO 8729-1 (2010) krever at passive og aktive radarreflektorer for skip og farkoster på under 150 tonn, skal ha et radartverrsnitt på minst 7,5 m² i X-bånd (9,2-9,5 GHz) og 0,5 m² i S-bånd (2,9-3,1 GHz) når de er montert minst 4 meter over sjøen.
Det er videre et krav at radartverrsnittet må være minst like stort over til sammen 280° i asimut, mens det kan være mindre i små sektorer. Disse sektorene må ikke være større enn 10°, og det må være minst 20° mellom ”bunnen” på to slike svake sektorer.
Reflektorer som er beregnet for motordrevne fartøyer og seilbåter som er konstruert for å operere med liten krengning (katamaran/trimaran), skal tåle at båten krenger 10° til hver side uten at radartverrsnittet kommer under minimumskravet. For andre seilbåter skal reflektoren tåle at båten krenger 20° til hver side.
Et av de vanskelige kravene for effektive reflektorer til småbåter, er at de ikke skal veie mer enn 5 kilo når de er beregnet å være montert 4 meter eller mindre over sjøen. Skal de monteres høyere, må vekten reduseres tilsvarende.

Dårlige data for dårlige reflektorer
Siden det ikke er mulig å se på en reflektor hvor god eller dårlig den er, er kjøperen avhengig av den dokumentasjonen som følger med. I de fleste tilfeller er imidlertid denne dokumentasjonen meget mangelfull, og det gjelder spesielt for reflektorer som ikke trenger å tilfredsstille kravene i ISO 8729-1. Dessverre er det slik at de dårligste reflektorene leveres med dårligst dokumentasjon, for det er jo liten vits i å fortelle kjøperen at produktet er dårlig.
Den enkleste dokumentasjonen angir bare maksimalt radartverrsnitt, men dette kan teoretisk sett bare gjelde for en liten sektor på noen få grader. Noen produsenter oppgir radartverrsnittet i m2 RMS. RMS (Root Mean Square) angir det gjennomsnittlige radartverrsnittet for et stort antall målinger over 360°, og gjerne for flere krengningsvinkler. Ulempen med RMS-metoden er at stort radartverrsnitt i noen sektorer, vil bidra i uforholds¬messig stor grad til gjennomsnittsverdien. Normalt kompenseres dette ved at reflektorene har tilsvarende sektorer hvor radartverrsnitt er meget lite, men det er fullt mulig for useriøse produsenter å utnytte denne beregningsmetoden til å øke reflektorens teoretiske radartverrsnitt. RMS-verdien er bare en indikasjon på størrelsesorden, og den må ses i sammenheng med polardiagram.
Siden et begrenset antall tallverdier for radartverrsnitt ikke forteller hvor god en reflektor egentlig er, krevde tidligere versjoner av ISO 8729 at radartverrsnittet skulle vises ved et horisontalt polardiagram. Kravet var knyttet til den tradisjonelle åttehjørnede reflektoren med et tverrmål på 46 cm. Den ytterste ringen i diagrammet angir 10 m2, som var det tidligere kravet om at maksimum radartverrsnitt skulle være minst 10 m2.

Den farlige dB-skalaen
Problemet med polardiagrammene er at de benytter en logaritmisk desiBel-skala (dB) for å gjøre det tydelig uten at diagrammet blir for stort. Noe det ville blitt med en linear skala. Dessverre er dette en mer teknisk løsning, og de fleste benytter ikke logaritmer og dB til daglig.
I dette diagrammet representerer hver ring 2 dB, og en og en halv ring gir således 3 dB, noe som igjen betyr en halvering av radartverrsnittet. Allerede ved den tredje ringen, 6 dB, er radartverrsnittet redusert til 2,5 m2, og omtrent halvveis mot sentrum er radartverrsnittet redusert til nærmere 0,1 m2.
Dette fremgår ikke ved en rask titt på diagrammet. Dessverre kan man heller ikke være sikker på at forhandlerne av båtutstyr er fortrolig med logaritmer og dB. I tillegg kommer så at man må ha flere diagrammer for å kunne se hvordan radartverrsnittet varierer med båtens krengning.

Tredimensjonale polardiagrammer
Heldigvis har moderne databehandling gjort det mulig å måle radartverrsnitt i alle retninger, både horisontalt og vertikalt, og deretter presentere dette på en lett forståelig måte. Disse diagrammene har betegnelsen TPM (Target Pattern Map), og radartverrsnittet vises med fargekoder. På det tredimensjonale polardiagrammet for 180° av den samme reflektoren som det horisontale polardiagrammet viser for 360°, angir gule felt at radartverrsnittet er over 3 m2, de røde mellom 2 og 3 m2, og de grønne feltene angir over 1 m2. I de sorte områdene er radartverrsnittet under 1 m2.
Radartverrsnittet i de gule områdene kan være alt fra 3 m2 til flere hundre m2. De smale linjene skyldes direkte refleksjoner fra sideflatene som reflektorene er bygget opp av, når radarstrålen står vinkelrett på dem. Selv om dette er den sterkeste refleksjonen, så er den meget vinkelkritisk. Diagrammet viser også at hvis båten og reflektoren krenger mer enn ca 5°, vil radartverrsnittet bli drastisk redusert for to av de fire sektorene, og ved 10° krengning vil reflektoren bare virke i tre av de seks sektorene den virket i da båten ikke hadde noen krengning. Dette er grunnen til at den åttehjørnede reflektoren ikke lenger anses for å være brukbar for båter som slingrer og stamper.
TPM for den 46 cm (18 tommer) åttehjørnede reflektoren er enkelt å forstå, og er derfor benyttet for å vise prinsippet. Nyere TPM fra forskningsselskapet QinetiQ er mer detaljerte, og på disse kan hele fargespekteret tas i bruk for å vise hvordan radartverrsnittet varierer. Et problem er det nok at noen disse TPMene benytter en dB-skala i forhold til 1 m2 (dBsm), men dette bør enhver seriøs forhandler kunne forklare.

Laboratoriet og det store havet
Horisontale polardiagrammer og Target Pattern Map er gode og objektive målemetoder for å sammenligne forskjellige reflektorer under like forhold i et laboratorium. Men i det virkelige radarmiljøet ute på åpent hav, er ikke disse laboratoriemålingene nødvendigvis riktige. Ute på havet vil refleksjoner fra sjøen og gjenstander ombord påvirke den effekten som treffer reflektoren, og som kommer tilbake til radarantennen.
Under rolige værforhold vil summen av den delen av radarenergien som går direkte mellom radaren og reflektoren, og den delen som går indirekte via havoverflaten, i større eller mindre grad forsterke eller svekke den totale refleksjonen. De mest problematiske områdene er der hvor de direkte signalene blir opphevet av signaler som blitt
speilvendt og reflektert fra havoverflaten. I disse områdene blir radarsignalene rett og slett nullet ut, og når reflektoren befinner seg inne i en slik Kategori 1 Fresnel-sone, vil den ikke gi ekko. I tillegg til forholdene på havoverflaten og radarens frekvens, er det radarantennens høyde som avgjør hvor Fresnel-sonene oppstår.
Tabeller eller kurver for Fresnel-soner er derfor unike for hver enkel radarinstallasjon, og burde være oppslått ved radarsettene. Eksemplet viser at en radarreflektor som er montert 30 fot over sjøen, ikke vil kunne ses av radaren fra 7,5 til 7 nautiske mil, og heller ikke fra vel 3 til 2 nautiske mil. En reflektor som er montert 10 fot over sjøen, vil kunne forsvinne fra denne radarskjermen når den kommer nærmere enn 1 nautisk mil. Ved urolig sjø vil disse Fresnel-sonene hele tiden variere. Fresnel-sonene er også en av de viktigste årsakene til at praktiske forsøk med reflektorer som forskjellige organisasjoner og publikasjoner arrangerer, ikke alltid stemmer med det som spesifikasjonene for de forskjellige reflektorene skulle tilsi.

Farlige luftsjikt
En annen årsak kan være bølgeforplantningsforholdene, hvor sjiktdannelser i luften for eksempel kan føre til at en høyt montert radarantenne og en lavt montert reflektor befinner seg i forskjellige ”luftkanaler”. Dermed får ikke radaren kontakt med reflektoren.
For at slik sjiktdannelse skal ha noen virkning, må sjiktet være minst 10 meter tykt i X-bånd. Sjiktdannelse, vanligvis omtalt som ”ducting”, er spesielt utbredt ved fint vær og rolige vindforhold. Hyppigheten av ducting varierer dessuten med sted og årstid, men for Nordsjøen regner man med at ducting kan forekomme fra 40 % av tiden om vinteren, til 90 % av tiden om sommeren for X bånd. Det er hovedsakelig den varme sjøen som er årsaken til dette, idet det dannes et sjikt med fuktig luft over sjøen – fordampningssjikt.

Del 2 av denne serien vil ta for seg et utvalg av hjørnereflektorer.

LIGNENDE ARTIKLER

av -
I desember signerte Kystverket og Kongsberg Norcontrol ein rammeavtale for radarar til dei fem sjøtrafikksentralane til Kystverket. Avtalen varer i fem år og har...

av -
Av de mange militære oppfinnelsene som ble gjort under Andre verdenskrig, viste flere seg også å være nyttige for den sivile sjøfarten. Flere av...