Sida 1 av 51
Rapport självständigt arbete
Kurs: Påbyggnadskurs Militärteknik: Självständigt arbete C-nivå
Kurskod: 1OP482 Poäng: 15 hp
Handledare: Björn Persson Datum: 2021-04-09
Examinator: Hans Liwång Antal ord: 10 997
Elektronisk krigföring mot sensorer i varnar-
och motverkanssystem
Sammanfattning:
Detta självständiga arbete på grundnivå inom ämnet försvarssystem behandlar möjligheter till aktiv radarstörning av varnar- och motverkanssystem (VMS), i syfte att erhålla verkan med befintliga burna pansarvärnssystem mot stridsfordon. Givet att aktiv radarstörning kan användas mot ett varnar- och motverkanssystem med förstörande motmedel; (1)Vilka möjligheter till verkan ger ett
telekrigsystem med aktiv radarstörning i kombination med ett pansarvärnssystem?(2)Vilken typ av aktiv radarstörning är lämplig och vilken effekt på det störda systemet kan förväntas?
Arbetet visar på effekten VMS statistiskt har på duellen mellan stridsfordon och pansarvärnssystem. Beräkningarna utgår ifrån påståendet att det krävs fem till sex pansarvärnprojektiler för nedkämpning av ett stridsfordon, vilket ökar till 35-43st då fordonet utrustas med VMS. Ökningen på cirka 700% visar dels på hur effektiviteten hos VMS höjer antalet erfordrade pansarvärnsvapen för att nå samma effekt, men även den potentiella vinningen att sänka effektiviteten genom telekrig. Arbetet studerade nyttjandet av bakgrundsstörning, då genereringen av störsignalen sker i ett separat telekrigsystem, vilket inte kräver utveckling av nya vapensystem eller ammunition. För utformning av störningen faller en kombinerad hastighet och avstånds vilseledning (CRV) eller brus lämplig och anses sänka effektiviteten hos VMS. Vinkelavhakning har i arbetet visat sig medföra stora förtjänster för ökad överlevnad hos telekrig/pansarvärnsenheter och vidare forskning är därför intressant.
Nyckelord: VMS, APS, DAS, Aktiv radarstörning, Telekrig, Arena, Afghanit, Varnare och motverkanssystem
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 2 av 51
Electronic warfare against sensors used in
active protection systems
Abstract:
This report on the subject of Systems Science for Defence and Security, aims to study the possibility for electronic warfare (EW) against the radar in active protection system (APS) on ground combat vehicles. The goal of the EW is to ensure effect of current anti-tank systems against an enemy equipped with APS. Given that the radar is susceptible to jamming, (1) Which opportunities would
an EW-system used in conjunction with an anti-tank system, bestow on a successful engagement? (2) Which effect could jamming of an APS result in, and what type of jamming would yield this desired effect?
The result concludes that an APS would increase the statistical number of needed anti-tank projectiles in a given engagement with a combat vehicle by 700 %, from a stated number of five to six to 35–43. This increase shows how the efficiency of an APS is linked to needed anti-tank systems for the same effect, but also the potential gain from employing an EW-system. Studying the use of stand-off jamming, where the jamming is produced in a separate system, there’s no need for new development of weapons systems or munitions. The jamming should employ a technique of combined range and velocity deception (CRV) or noise to successfully lower the efficiency of the APS. Angle deception have arisen as a desirable technique, with promise of an increase of survivability of EW- and anti-tank units, and further studies are therefore interest.
Sida 3 av 51
Innehållsförteckning:
1. Inledning ... 5
1.1. Bakgrund ... 5
Förändrat svenskt säkerhetspolitiskt läge ... 5
Kapprustning kring pansarvärn och pansar ... 5
1.2. Problematisering ... 6 1.3. Syfte... 7 1.4. Frågeställning ... 7 1.5. Avgränsning ... 7 1.6. Tidigare forskning ... 8 1.7. Disposition... 8
2. Teori och metod... 9
2.1. Teori ... 9 Skyddslöken ... 10 Sannolikhet för nedkämpning ... 11 Radarberäkningar ... 13 2.2. Metod... 16 Forskningsdesign ... 16 Metoddiskussion ... 17 3. Pansarvärnssystem... 19
3.1. Granatgevär och pansarskott ... 19
3.2. Pansarvärnsrobot (Robot 57) ... 20
3.3. Generellt pansarvärnssystem ... 20
3.4. Sannolikhet för träff och verkan ... 21
4. Aktiv radarstörning... 23
4.1. Maskerande störning ... 24
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 4 av 51
4.3. Störtekniker ... 25
4.4. Krav på radarstörning ... 26
5. Varnar- och motverkansystem... 26
5.1. Indelning och funktion ... 26
5.2. Systemuppbyggnad VMS förstörande motmedel... 28
Sensor ... 29
Huvudstyrenhet ... 32
Motmedel... 33
6. Analys ... 34
6.1. Data och prestanda för generellt VMS ... 34
6.2. Effekten av VMS i en duell mellan stridsfordon och buret pansarvärnssystem ... 36
6.3. Effekten av aktiv radarstörning på VMS ... 39
6.4. Krav på effektiv utstrålad effekt hos telekrigsystem ... 41
7. Resultat ... 42
8. Diskussion ... 43
9. Sammanfattning... 45
9.1. Svar på frågeställning ... 45
9.2. Förslag på vidare forskning ... 46
10. Litteratur och källförteckning ... 47
Sida 5 av 51
1.Inledning
1.1. Bakgrund
Förändrat svenskt säkerhetspolitiskt läge
Efter en period av minskade anslag och avveckling för Försvarsmakten, kom försvarsbeslut 2015 att vända denna trend. Beslutet omriktande även Försvarsmakten från fokus på insatser genom det så kallade insatsförsvaret, till ett nationellt försvar. Sverige skulle genom omställningen i första hand kunna möta ett väpnat angrepp och försvara svenskt territorium.1
Omställningen innebar också att den militära hotbilden för Sveriges inte längre var en irreguljär motståndare, utan en kvalificerad sådan.2 Exakt vad en kvalificerade motståndare är utrustad
med för typ av materiel framgår inte, men utvecklingen tyder på en allt mer tekniskt avancerade sådan. För att Sverige skall kunna möta dessa hot krävs att vi följer utvecklingen internationellt, och inte försätter Försvarsmakten i ett teknologiskt underläge.
Inom ramen för armén innebär detta att möta en tekniskt avancerad motståndare på svensk mark med syftet att ”förhindra, begränsa och fördröja angriparen”.3 I hotbilden med en tekniskt
avancerad motståndare bedöms stridsfordon utrustade med varnar- och motverkansystem ingå.4
Kapprustning kring pansarvärn och pansar
Duellen mellan verkan och skydd kan härledas redan till idén att med en vässad träpinne skada en motståndare, vilket denne försöker förhindra med djurhudar. Typen av skydd har gått ifrån djurhudar till stål i takt med att pinnar ersatts med mer potenta vapen. Bättre vapen har kontrats med bättre skydd och vice versa. Från det att de första stridsvagnarna började användas på slagfälten 1916, har pansarvärnsvapnen utvecklats för att erhålla verkan mot dessa. Kapprustningen mellan dessa, pansar och pansarvärnsvapen, har sedan dess rört sig likt en pendel. Då pansarstålet blev tjockare utvecklades projektilerna att penetrera mer pansar, med följden att pansaret gjordes ännu tjockare och så vidare. När skydd inte längre var praktiskt att göras tjockare, och därmed tyngre, uppfanns andra typer av pansar (kompositpansar med flera).
1 Regeringen, ”Värnkraft - Inriktningen av säkerhetspolitiken och utformningen av det militära försvaret
2021-2025” (2019), 143, https://www.riksdagen.se/sv/dokument-lagar/dokument/departementsserien/varnkraft---inriktningen-av-sakerhetspolitiken_H7B48.
2 Ibid., 34. 3 Ibid., 175.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 6 av 51
En naturlig del av väpnad strid är en god uppfinningsrikedom och nya lösningar för att utöva våld kontinuerligt utvecklas, där även den mest avancerande fysiska bepansringen idag kan penetreras.
Redan under tiden i Afghanistan började Sovjetunionen använda ett nytt system för skydd av deras stridsvagnar, nämligen Drozd (Дрозд). Systemet ökade skyddet, och därmed chansen för överlevnad, genom att fysiskt påverka inkommande pansarvärnsrobotars funktion med splitter. Detta medförde att penetrationsförmågan från stridsdelen blir försämrad till den grad att konventionellt pansar kan skydda fordonet och personalen. Efter stora förluster för Ryssland i Tjetjenien på 90-talet identifierades flera svagheter hos stridsfordonen, vilka var bidragande till förlusterna. Utöver motståndares taktik samt miljön där striderna tog plats, var tunt takpansar och förvaringen av ammunition i stridsfordonen bidragande faktorer.5 Bättre skydd var därför
syftet när Ryssland utvecklade ett nytt system, vilket likt Drozd syftar till att sänka förmåga till penetration. Systemet heter Arena (Арена) och återfinns på vissa versioner av T-80 och T-72. I samband med presentationen av T-14 introduceras också nästa generation system, Afganit, vilket är efterföljarna till Arena. Denna typ av system samlas under benämningen active
protection system (APS).6 Idag finns liknande system från andra länder och tillverkare, men
samtliga reducerar verkan från pansarvärnssystem genom olika åtgärder och motmedel. I Sverige samlas dessa under begreppet varnar- och motverkanssystem (VMS).7
1.2. Problematisering
I en framtida konflikt kan Sverige komma att möta en kvalificerad motståndare, utrustad med stridsfordon och VMS. Dessa system påstås vara mycket potenta i sin verkan, där ett exempel är det israeliska systemet Trophy, vilket saluförs under frasen ”battle proven” rapporterats vara mycket framgångsrikt.8 Funktionen hos dessa system är att reducera sannolikheten för att med
pansarvärnsvapen orsaka skador på stridsfordon, samt uppmärksamma besättningen om varifrån beskjutning sker. Detta innebär sänkt sannolikhet att med ett givet pansarvärnssystem
5 Adam Geibel, ”Learning From Their Mistakes: Russia’s Arena Active Protection System”, Armor magazine, nr
September-october (1996): 10.
6 ”Arena Active Protection System | JOINT STOCK COMPANY RESEARCH AND PRODUCTION
CORPORATION KONSTRUKTORSKOYE BYURO MASHYNOSTROYENIYA”, 19 februari 2021, https://www.kbm.ru/en/production/saz/368.html.
7 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde” (Skövde: Markstidsskolan, Skövde,
u.å.).
8 ”TROPHY Active Protection System for AFVs - The Only Fully Operational APS That Has Saved Lives”, 20
Sida 7 av 51
nedkämpa ett fientligt stridsfordon, och en sänkt förmåga för länder, däribland Sverige, att på ett effektivt sätt bedriva väpnad strid och nå seger. Det är därför relevant att studera möjligheten att tillämpa principerna normalt förekommande inom luftstrid, nämligen telekrig mot radar.9
Telekrigföring kan syfta till att säkra effekten hos egna vapensystem och hindra motståndarens att nå full effekt med sina, vilket påträffas främst inom luftarenan.10 Radar har sedan länge
utgjort en viktig dimension för både luftstrid och luftvärn, varför också litteratur och kompetens fokuserar på luftarenan. Då flera VMS med förstörande motmedel förlitar sig på radar för detektering och eldledning, hade störning av denna vitala komponent varit till stor vinning även inom markarenan.
1.3. Syfte
Arbetet syftar till att analysera och beskriva möjligheterna till aktiv radarstörning av VMS med förstörande motmedel. Ett telekrigsystem med aktiv radarstörning kan då syfta till att sänka effektiviteten hos VMS med förstörande motmedel för att erhålla verkan med existerande pansarvärnssystem. Genom detta belyses även nyttan med att utrusta svensk trupp med ett telekrigsystem för att med burna pansarvärnsvapen strida mot en motståndare vars stridsfordon är utrustade med VMS. Arbetet är även generaliserbart för andra nationer med motsvarande system och situation. Resultatet av arbetet belyser också nyttan med vidare forskning och utveckling inom området av telekrigsystem mot VMS.
1.4. Frågeställning
Givet att aktiv radarstörning kan användas mot ett varnar- och motverkanssystem med förstörande motmedel; Vilka möjligheter till verkan ger ett telekrigsystem med aktiv
radarstörning i kombination med ett pansarvärnssystem?
Vilken typ av aktiv radarstörning är lämplig och vilken effekt på det störda systemet kan förväntas?
1.5. Avgränsning
Arbetet fokuserar på att behandla VMS med förstörande motmedel (Hard-kill) monterade på stridsfordon, för att göra fenomenet med störning av dessa möjlig att studera inom ett
9 Per Gerdle, Charlotte Pettersson, och Gunnel Åkerblom, Lärobok i telekrigföring för luftvärnet : radar och
radartaktik (Stockholm: Försvarsmakten i samarbete med Mediablocket, 2004).
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 8 av 51
självständigt arbete på c-nivå. Generaliserbarheten för övriga typer fordon, med olika typer av VMS blir därmed svagare. Vissa VMS nyttjar både förstörande motmedel och icke-förstörande motåtgärder (Soft-kill), varför viss tillämpbarhet finns men inte utforskas vidare. Störning riktat enbart mot VMS med icke-förstörande motmedel behandlas inte. Arbetet behandlar burna pansarvärnssystem i bruk idag av Försvarsmakten, vilket gör att inverkan på pilprojektiler och stridsvagnsstrid inte berörs. Arbetet behandlar inte faktisk effektivitet eller verkan av burna pansarvärnssystem, utan bygger på antagandet att projektilerna ger verkan i stridsfordon om de opåverkade tillåts verka. Under begreppet projektil samlas styrda eller icke-styrda granater och robotar, där stridsdelen är av typen riktad sprängverkan.
1.6. Tidigare forskning
Utvecklingen av VMS och även möjlig användning vid utveckling av nya system undersöks av flera författare. Med detta följer även att olika lösningar för reducering av skyddet från VMS studeras och utvecklas. Ryssland har utvecklat ett system där en skenmåls projektil används för att sänka effektiviteten. Motåtgärderna från VMS verkar mot skenmålet, och ytterligare en projektil med stridsdel tillåts opåverkad träffa målet. Systemet benämns RPG-30 och kan beskrivas vara en ”mekanisk” lösning för att sänka effektiviteten av ett VMS, men även explosivt pansar.11 I Defeating Modern Armor and Protection Systems studeras möjligheterna
att genom en elektromagnetisk puls med hög effekt (HPEM) påverka funktionen hos ett VMS. Genom en robot integrerad med kretsar för generering av en elektromagnetisk puls samt en riktantenn, ska denna utlösas under robotens färd och skada sensorerna hos VMS.12 En metod
för aktiv radarstörning av VMS framgår av ett patent utfärdad till amerikanska armén, då för en robot med aktiv radarmålsökare. Patentet beskriver möjligheterna att nyttja målsökarens antenn för att sända en störsignal, och därigenom störa funktionen hos VMS.13
1.7. Disposition
Arbetet inledes med att kapitlet Teori och metod, där ekvationer relevanta för arbetet beskrivs samt den vetenskapliga ansatsen bakom arbetets resultat redovisas.
11 Dieter Haug och Hans Joachim Wagner, ”Active Hardkill Protection Systems –”, Strategie & Technik, nr
Autumn (2009): 44.
12 Markus Graswald m.fl., Defeating Modern Armor and Protection Systems, 2019,
https://doi.org/10.1115/HVIS2019-050.
13 Brian J.Smith, Ralph H. Halladay, och Michael R. Christian, In-seeker jamming device, US6424286B1
Sida 9 av 51
Efter detta följer empirin, där grunden för analysen sammanställts. Denna är indelad på områdena Pansarvärnssystem, Aktiv radarstörning och Varnar- och motverkanssystem för att tydliggöra de olika ingående påverkande faktorerna.
I analysen beräknas dels vilken trolig effekt ett VMS har på sannolikheten för nedkämpning från perspektivet av brukaren av pansarvärnssystemet. Vilken effekt radarstörning bedöms ha på funktionen hos ett sådant system redovisas även här. Genom beräkningar kan några samband utläsas, exempelvis det mellan val av stridsteknik och effektkrav på störning. Då det är ett fiktivt VMS med fiktiva värden finns relevansen i hur resultaten av beräkningarna förhåller sig till varandra, och inte de enskilda resultaten.
Avslutningsvis presenteras resultaten i överskådliga tabeller samt en diskussion om dessa genomförs. Även arbetes frågeställning besvaras och områden för vidare studier och forskning presenteras.
2.Teori och metod
2.1. Teori
Teorin för arbetet utgår ifrån att presentera vad ett VMS syftar till, vilken effekt detta har i interaktionen med pansarvärn, samt genom beräkningar visa på möjligheten att med telekrig sänka förmåga till verkan från VMS. Arbetes teori utgår därför från teorier rörande skydd av plattformar och sannolikhetslära, vilket kompletteras med ekvationer och formler för beräkningar på radar och telekrig.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 10 av 51
Skyddslöken
I Handbok verkansvärdering– Arbetsutgåva 2016 beskrivs värderingsverktyg skyddslöken som är ett stöd vid utveckling av eller avvägande mellan olika militära system.14
Skyddslöken illustrerar den grundläggande förmågan skydd, och därigenom även överlevnad för både personal och materiel. Skyddslöken kan även ses motsatt mot bekämpningskedjan, där olika nivåer av skydd motsvara olika nivåer av verkan i bekämpningskedjan. Dessa nivåer av skydd representeras av skalen på löken (Se figur 2.1). Ytterst återfinns ”Avfyrning”, därefter ”Träff” och så vidare tills det att plattform, innerst i löken, kan påverkas och slås ut. I figuren ovan visas var ett VMS med förstörande motmedel är tänkt att verka, med tyngdpunkten i att minska risken för penetration. Resultatet av att kringgå skalen, det skydd ett VMS med förstörande motmedel bidrar till, är att plattformen blir mer exponerad. Jämförelsevis har icke-förstörande motåtgärder sin verkan tidigare, i ytterskalen av löken, det vill säga kring då avfyring och upptäckt sker.
Skyddet från ett VMS antas ibland felaktigt ersätta behovet av skydd i from exempelvis pansarstål, vilket inte är fallet.15 Ett VMS med förstörande motmedel verkar mot projektiler,
främst med stridsdelar av typen riktad sprängverkan, och reducerar verkan eller stör den tänkta funktionen. VMS stoppar alltså inte rörelseenergin, fullständigt förstör projektilen eller stoppar all verkan och måste därför kompletteras med skyddet från konventionellt pansar för att stoppa
14 Pernilla Magnusson m.fl., ”Handbok verkansvärdering Arbetsutgåva 2016”, 2016, 10. 15 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”.
Sida 11 av 51
eventuell restverkan.16 Utifrån skydd studeras alltså avsaknad av verkan till följd av
interaktionen mellan VMS och pansarvärnssystem, utan koppling mot konventionellt pansar.
Sannolikhet för nedkämpning
När människa och tekniska system interagerar i strid uppstår komplexa situationer och variabler, där det faktiska utfallet är svårt att förutsäga. Många viktiga variabler är stokastiska och därför kan inte utfallet av en strid inte beräknas, eller förutsägas, med en deterministisk modell. Robert E. Ball beskriver därför överlevnad för stridsflyg med en stokastisk modell, och med denna beskriver survivability, eller chansen att överleva.17 Följaktligen fås också
killability, vilket är komplementhändelsen till överlevnad.
𝑃𝑆 = 1 − 𝑃𝐾
𝑆𝑢𝑟𝑣𝑖𝑣𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦 = 1 − 𝐾𝑖𝑙𝑙𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦
Komplementhändelsen är sannolikheten att döda, eller nedkämpa en fiende, vilket i sin tur beror på andra variabler. Detta kan vara typ av vapensystem, stridsteknik eller handhavande med mera. Ur perspektivet av vapensystemets brukare blir då PK ett mått på effektiviteten hos det
specifika vapensystemet. Effektiviteten för ett vapensystem baseras alltså på sannolikheten för att vapensystemet slår ur det tänka målet.18 Ball åskådliggör bekämpningsförloppet och
sannolikheterna med ett träddiagram (se figur 2.2), där högerledet ger ett nedskjutet flygplan, och alla avvikande ben åt vänster leder till att flygplanet överlever. Just detta diagram är i en situation med ett luftvärnssystem och ett flygplan, där en projektil (propagator) avfyras. Varje enskild sannolikhet i bekämpningsförloppet är beroende på den föregående, en villkorlig sannolikhet. PK är den sammanlagda sannolikheten för att flygplanet bekämpas beror på alla
tidigare steg, från det att systemet är aktivt till att flygplanet förstörs (Se Figur 2.2). Förloppet börjar på steg (0), och försätter enligt nedan:
(1) PA – Sannolikheten att hotsystemet är aktivt i närheten av flygplanet.
(2) PD|A– Villkorlig sannolikhet att flygplanet upptäcks, förutsatt att hotsystemet är aktivt.
(3) PL|D – Villkorlig sannolikhet att hotsystemet fungerar och att ett vapen eller robot
avfyras, baserad på föregående sannolikhet
16 Ibid.
17 Robert E. Ball, The Fundamentals of Aircraft Combat Survivability: Analysis and Design, 2nd Edition, 2003,
2.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 12 av 51
(4) PI|L – Villkorlig sannolikhet att det avfyrande projektilen eller roboten närmar sig målet,
baserad på föregående sannolikhet.
(5) PH|I – Villkorlig sannolikhet för att flygplanet blir träffat, baserad på föregående
sannolikhet.
(6) PK|H – Villkorlig sannolikhet för att flygplanet blir utslaget, baserad på föregående
sannolikhet.
PK – Sammanlagd sannolikhet för nedkämpning
För tillämpning av denna teori på interaktionen mellan ett pansarvärnssystem och ett VMS behöver vissa anpassningar göras. Då det är två vapensystem som interagerar med varandra, är det också två separata sannolikhetsträd som möts. PK som Ball använder delas därför upp i
sannolikheten att pansarvärnssystemet slår ut fordonet (och VMS), 𝑃𝐾 𝑃𝑣, respektive sannolikheten att VMS oskadliggör projektilen, PK VMS, avfyrad av pansarvärnssystemet.
Sida 13 av 51
Radarberäkningar
Beräkningarna i arbetet utgör ett verktyg för att ge underlag till analysen, detta genom påvisande av inverkan av olika påverkansfaktorer på störningen. Ekvationen för detta benämns störekvationen. Ytterligare ekvationer för radarberäkning handlar om att uppskatta data på system, vilka är ingående variabler i störekvationen. Nedan redovisas även hur störekvationen är strukturerade och anpassas för användning i detta arbete.
Första ekvationen för data hos radarsystem är formeln för att uppskatta antennvinsten(G) hos en radarantenn utifrån dess fysiska storlek:19
𝐺 = 4𝜋 (
𝜀𝐴𝜆2
)
(1)Även den effekt radarn sänder har stor inverkan på eventuell störning, och för beräkningar relaterat till detta används följande samband:
𝑃
𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙= 𝑃
𝑡𝑜𝑝𝑝× 𝑡
𝑝× 𝑃𝑅𝐹
(2)2.1.3.1.
Störning av radar
Radarstörning syftar till att skydda ett objekt genom störning av den radar vars uppgift är att detektera objektet. Terminologin och litteratur handlar då ofta om den vanligaste tillämpningen av radar, nämligen inom luftstriden. För den studerade tillämpningen av aktiv radarstörning är det bakgrundsstörning (Stand-off jamming) vilket bäst beskriver interaktionen mellan VMS och pansarvärnssystem och störare. Begreppet syftar på hur störningen utförs och det taktiska uppträdandet hos störflygplanet.20 Störflygplanet uppträder bakom det andra flygplanet (målet
för radarn) och befinner sig alltså på ett större avstånd samt eventuell en annan riktning från
19 Åke Wiss m.fl., Sensorer, FOI orienterar om, 1650-3201 ; 3 (Stockholm: Totalförsvarets forskningsinstitut
(FOI), 2004), 60.
20 Gerdle, Pettersson, och Åkerblom, Lärobok i telekrigföring för luftvärnet : radar och radartaktik, 337.
𝑃𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙 = Medeleffekt för radarn [W] 𝑡𝑝 = Längd på puls(pulstid) [s] 𝑃𝑡𝑜𝑝𝑝 = Toppeffekt för radarn [W] PRF = Pulsrepetitionsfrekvens [Hz]
= Effektivitetsfaktor (0,4–0,9) λ = Våglängd [m]
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 14 av 51
radarn sett (se Figur 2.3).21 Implikationerna för bakrundstörning blir då att störningen inte alltid
kommer störa i radarns huvudlob, samt att minskningen i avstånd mellan radarn och målet gynnar radarn. Detta då förlusterna genom transmissionen minskar för radarn, medans förlusterna för störningen är de samma, se ”genombrytning” nedan.22 Förhållandet mellan
störning och radarns signal benämns Jamming to Signal Ratio (JSR). Det är ett mått på
förhållandet mellan styrkan på den önskade eko signalen (S), och styrkan på störsignalen (J) i mottagaren. JSR tillämpas inte bara i fallet med bakgrundsstörning (SOJ), utan all from av störning och beräknas enligt följande:
𝐽𝑆𝑅 =
𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑚𝑜𝑡𝑡𝑎𝑔𝑒𝑛 𝑓𝑟å𝑛 𝑠𝑡ö𝑟𝑠ä𝑛𝑑𝑎𝑟𝑒𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑚𝑜𝑡𝑡𝑎𝑔𝑒𝑛 𝑓𝑟å𝑛 𝑚å𝑙 (3)
Ur boken radar vulnerability to jamming finns följande ekvation, vilken är formulerad för att gälla vid just bakgrundsstörning. I Ekvationen 5 introduceras även begreppet effective radiated
power, effektiv utstrålad energi (ERP) och är mått på utsänd effekt.
𝐸𝑅𝑃 = 𝑃
𝑡𝑜𝑝𝑝× 𝐺 [𝑊]
(4)21 Robert N Lothes, Michael B Szymanski, och Richard G Wiley, Radar vulnerability to jamming (Boston:
Artech House, 1990), 6.
22 Ibid., 8.
Sida 15 av 51
Ekvation 5 tar även hänsyn till vinkelskillnaden mellan radar-mål och radar-störare genom ett huvud- till sidolobantennvinst förhållande (SLR). Ekvationerna för SLR återfinns i Appendix A, Vinkel skillnad mellan radar-mål och radar-störare, SLR.
𝐽𝑆𝑅 =
𝐸𝑅𝑃𝐽 𝐸𝑅𝑃𝑅∙
𝑅𝑇2 𝑅𝐽2∙
4𝜋𝑅𝑇2 𝜎∙
1 𝑆𝐿𝑅 (5)Vid störning behöver också avståndet då ”genombrytning” beaktas. Genombrytning är kopplad mot JSR och sker då den mängd reflekterad strålning från målet övervinner störningen, och störningen tappar därför sin effekt. Hur stor övervikt störningen kräver jämfört med ekot från målet för att anses lyckad beror på vilken typ störning och dess syfte. Avståndet då genombrytning sker är inte entydigt, utan risken för genombrytning ökar i takt med att avståndet minskar. Avståndet benämns Burn through range eller genombrottsavstånd och beräknas enligt följande: 23
𝑅
𝐺𝐵𝑅= √
𝐽𝑆𝑅 ∙ 𝐸𝑅𝑃𝑅 ∙ 𝜎𝐸𝑅𝑃𝐽 ∙ 4𝜋 ∙ 𝐵𝑚𝑓
𝐵𝐽
(6)
Ekvation 6 lämpar sig inte vid bakgrundsstörning, då den inte tar hänsyn till att avståndet mellan radar och störare, skiljer sig från avståndet mellan radar och mål. Genombrytning kommer istället att hanteras i störekvationen nedan. Av Ekvation 6 framgår dock inverkan på effektiviteten till följd av förhållandet mellan störningens bandbredd (BJ) och radarns
bandbredd (Bmf).2425
23Anders Eneroth, Applied radar EW ([Linghem]: Eneroth Publishing, 2019), 315. 24Ibid.
25Ursprunglig ekvation enligt ref. ovan anger omvänd ordning på variablerna för förhållandet i bandbredd.
Sammantaget med övriga kapitlet i boken för att detta bedöms vara ett feltryck, varför ekvationen enligt ovan nyttjas framöver.
RT = Avstånd radar-mål[m] 𝐸𝑅𝑃 𝑅 = Effektiv utstrålad effekt, radar [W]
RJ = Avstånd radar-störare [m] 𝐸𝑅𝑃 𝐽 = Effektiv utstrålad effekt, störare [W]
𝜎 = Radarmålarea (RCS) [m2] SLR = Huvud- till sidolobantennvinst förhållande
𝐵𝐽 = Bandbredd störare [Hz] 𝐵𝑚𝑓 = Bandbredd radar [Hz] 𝑅𝐺𝐵𝑅 = Avstånd då genombrott är sannolikt [m]
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 16 av 51
Sammantaget ges den slutgiltiga Ekvation 7, där ovan nämna påverkansfaktorer på JSR ingår:
𝐽𝑆𝑅 =
𝐸𝑅𝑃𝐽 𝐸𝑅𝑃𝑅∙
𝑅𝑇2 𝑅𝐽2∙
4𝜋𝑅𝑇2 𝜎∙
1 𝑆𝐿𝑅∙
𝐵𝑚𝑓 𝐵𝐽 (7)Utifrån Ekvation 7 kan variabler med inverkan på störningen utläsas, däribland vinkel genom SLR och avstånd. Effektiv utstrålad energi samt bandbredd utgör olika krav på telekrigsystemet, medans avstånd och vinkel påverkas genom val av stridsteknik. Genombrottsavståndet är inte intressant att beräkna, men kan användas för att förstå på vilket lägsta avstånd störningen behöver vara effektiv på.
2.2. Metod
Inledledningsvis bygger arbetet på att kvalitativ metod, genom insamling och analys av relevant forskning och litteratur, vilket senare kompletteras med en kvantitativ del där beräkningar utifrån insamlad data genomförs. Genom en induktiv metod analyserades resultaten emot frågeställningen.
Forskningsdesign
Inledningsvis genomfördes två explorativa intervjuer med experter inom respektive område arbetet berör, radar och VMS. Intervjuerna syftade till att undersöka forskningsläget samt genomförbarheten i arbetet. Parallellt genomfördes dokumentinsamling, vilken syftade till att skapa bättre förståelse för funktion och konstruktion hos i arbetet ingående system.
Därefter genomfördes en kompletterade intervju avseende VMS, för att bredda förståelse och uppfattning om generell prestanda, då dokument om specifika system är skyddade under sekretess. Denna kompletterande intervju genomfördes semistrukturetat med syftet att behålla en bredd över ingående områden. Detta då arbetet anses vara tvärdisciplinärt, genom bredden skapad av områdena VMS (skydd av stridsfordon) och radar (radarstörning). Baserat på kunskap och bedömningar från sakkunniga gjordes antagande, exempelvis de om effektiviteten och prestanda, från vilka ett fiktivt VMS konstruerades. Detta fiktiva VMS med kända värden för data och prestanda ingick sedan i tekniska prestandaberäkningar. Fler variabler för att basera de tekniska beräkningarna på hämtades från reglementen och instruktionsböcker. Exempelvis praktiskt skjutavstånd, hastighet på projektiler och funktionsprinciper. Beräkningarna genomfördes inom sannolikhetsläran samt inom de två teknikområden VMS och
pansarvärnsvapen samt radar och telekrig, för att fånga och beskriva hela interaktionen
Sida 17 av 51
Slutligen analyserades utfallet av de tekniska beräkningarna kvantitativt, vilket tillsammans med tidigare insamlad empiri, skapade underlaget för att besvara frågeställningen. De viktigaste lärdomarna har sammanfattats och förslag på vidare forskning formulerats . Avslutningsvis har nya möjligheter belysts och skapat förutsättningar för fortsatta studier.
Metoddiskussion
Valet av metod grundar sig i att arbetets syfte och frågeställning är svåröverskådlig när det kommer till tidigare forskning. Området kring VMS kännetecknas av sekretess likt andra vapensystem, då systemen skulle bli mindre effektiva om all fakta om dem var kända för fienden. På grund av detta bygger mycket av arbetet på öppen information och behandlar ingen sekretessbelagd information. Detta är en svaghet vilket sänker reliabiliteten i arbetet, och har omhändertagits på två sätt. Det första är hur arbetets planerats samt hur analysen genomfördes, där exempel på detta är att beräkningarna inte syftar till att leverera värden, vilka skulle vara tillämpbara mot verkliga system. Istället används dessa beräkningar för att åskådliggöra skillnader mellan olika typer av störning, samt ge en uppskattning vilken verkan som kan förväntas. För det andra användes intervjuer med sakkunniga, där intervjun tilläts vara utforskande och utan fastställd frågeställning. Detta möjliggjorde fördjupande frågor och diskussioner om detaljer vars relevans för arbetet först blev tydlig under intervjun. Det senare bidrar även till att stärka validiteten i arbetet, då sakkunniga kan belysa relevanta delar och tidigare forskning inom just deras område.
2.2.2.1. Dokumentinsamling
Mängden litteratur och tidigare forskning inom respektive område är omfattande, dock är telekrig mot VMS mindre omnämnt. Detta medför att arbetes reliabilitet inte baseras på den enskilda reliabiliteten hos respektive källa, utan på författarens förmåga att ”sammanväva” dem. Arbetet har nyttjat facklitteratur för att skapa en bred förståelse och vetenskapliga arbeten för att förankra och utveckla påståenden från dessa. Olika patent har nyttjats då dessa utförligt beskriver funktionen hos vissa system, med svagheten i att dessa inte nödvändigtvis ger en verklighetsförankrad bild av användning/funktion. Detta kan vara tvåriktat, att system kan prestera bättre än patentet uppger, eller att patentet beskriver en idealbild över förväntningar och inte funktionen vid praktisk tillämpning.
2.2.2.2. Intervju
Intervjuer nyttjas för att komplettera förståelsen och prestanda utifrån litteratur och dokument, för att skapa en generell förståelse kring helhet av systemen; då specifika system är omgivna
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 18 av 51
av hög grad sekretess. Experter är ofta kunniga inom ett smalt och specifikt område, och därför har flera experter nyttjats för att komplettera varandra. Då sekretessen inom respektive område är stor, har experterna blivit informerade om att arbetet samt dess resultat inte skall omfattas av sekretess och därför inte heller beröra den typen av information.
Den första intervjun genomfördes på en person från Luftvärnets stridsskola, där personen bland annat arbetat med telekrig inom luftvärnet och även publicerat litteratur inom området. Denna inledande intervju hann tyvärr aldrig kompletteras med en av mer utförlig karaktär, på grund av rådande pandemi av Covid-19.
Den andra intervjun genomfördes med Övlt Ove Grönlund vid Markstridsskolan i Skövde. Inom området VMS har Övlt Grönlund varit verksam från 90-talet och följt utvecklingen internationellt. Bland annat genom en studie under tidigt 00-tal där marknaden för VMS undersöktes för att utöka kompentensen inom Försvarsmakten och höja precisionen i kravställningen vid en eventuell svensk upphandling.
Sida 19 av 51
3.Pansarvärnssystem
3.1. Granatgevär och pansarskott
Idag nyttjas två burna pansarvärnssystem av granattyp inom Försvarsmakten, pansarskott och granatgevär. Både är av typen rekylfria, där Pansarskott M/86 är ett engångsvapen och Granatgevär M/48, M/86 och 18 går att ladda om med olika typer av ammunition. För granatgeväret kommer arbetet bara behandla ammunition vars funktion syftar att ge verkan på stridsfordon.
Granatgeväret använder sig av en ammunitionstyp kallad Spårljuspansarspränggranat M/75 och är av typen High Explosive Anti Tank (HEAT). I granaten finns en sprängladdning och vid träff ger denna en riktad sprängverkan (RSV) i syfte att penetrera pansaret på stridsfordonet. Utgångshastigheten för granaten är 300 m/s och praktiskt skjutavstånd på 150/200 m, beroende på om målet är under förflyttning eller stillastående.2627
26SoldR Mtrl Vapen : granatgevär 8,4 cm (Stockholm: Försvarsmakten, 2000), 8. 27Ammunitionskatalog : data och bild (Stockholm: Försvarets materielverk, 2014), 120.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 20 av 51
Pansarskott M/86 finns i två versioner, där båda har en likande utgångshastighet, cirka 280 m/s och ett praktiskt skjutavstånd på 150/200 m likt granatgeväret. Även pansarskottet har en verkansdel av typen RSV, vilket kräver en direkt träff för att ge verkan i målet.28
3.2. Pansarvärnsrobot (Robot 57)
Ytterligare ett pansarvärnssystem är Robot 57, vilken är den svenska benämningen på det Next
generation Light Anti-tank Weapon (NLAW). Systemet har en utgångshastighet på låga 40 m/s,
där sedan en raketmotor accelererar roboten till cirka 275 m/s. Efter accelerationsfasen glidflyger roboten vilket ger ett praktiskt skjutavstånd på upp till 600 m. Systemet har en valbar attackprofil, top-attack (där RSV är tänkt att slå genom taket på fordonet) cirka 1 m ovanför siktlinjen, eller direkt-attack (ingen RSV) i höjd med siktlinjen. 29
3.3. Generellt pansarvärnssystem
Skillnaderna mellan pansarskott/granatgevär och robotsystemet anses försumbara, varför det kommer användas ett generellt pansarvärnssystem i arbetet. Strålbildande RSV orsakar skada på stridsfordon genom träff av specifika delar (Ammunition, besättning med mera) med strålen, och har låg verkan genom sekundärsplitter. Radarmålytan för en projektil beräknas utifrån
28 Pansarskott 86 : instruktionsbok (Stockholm: Försvarets materielverk, 2017). 29 Instruktionsbok Robot 57 (Försvarets materielverk, 2008), 19.
Figur 3.3 - Robot 57, NLAW. (Källa:Saab)
Sida 21 av 51
projektilens geometri samt radarns frekvens och vinkel på projektilen i förhållande till radarn.30
Utifrån simuleringar gjorda på ett objekt med diametern 10cm och längden 40cm, är radarmålytan cirka -15 dBsm vid 10 GHz, vilket motsvarar 0,03 m2.31 Värdet för RCS är
uppmätt då projektilen färdas rakt emot fordonet och följaktligen radarn.32 dBsm är en enhet
för RCS utryckt i dB med referensvärdet 1 m2.33
Tabell 1 - Data och prestanda för ett generellt (buret) pansarvärnssystem
Data för generellt buret pansarvärnssystem
Benämning Hastighet vid träff Skjutavstånd RCS34
Pv-system 260m/s 100m 0,1 m2
-9 dBsm (0,126 m2) vid (14 GHz)
-15 dBsm (0,03 m2) (10 GHz),
-10 dBsm (0,1 m2) (6 GHz),
I tabellen åskådliggörs skillnaderna på RCS vid olika våglängder, där dock RCS = 0,1 m2
används oavsett frekvens, då detta får anses vara godtyckligt kopplat till syftet med arbetet.
3.4. Sannolikhet för träff och verkan
För att effektiviteten hos VMS skall sättas i perspektiv krävs även att effektiviteten hos pansarvärnssystem är känd. För detta nyttas ett utdrag ur soldatinstruktionerna, soldF 2001.
Det krävs i regel tre träffar med pansarskott för att slå ut ett stridsfordon. Detta innebär att en grupp i bästa fall mest kan bekämpa ett fordon per eldöppnande då det åtgår 5–6 p-skott för att få tre träffar.35
Detta antas gälla stridsfordon utan VMS och ger sannolikheten för träff (PH Pv) och
sannolikheten för nedkämpat förutsatt att det träffas (PK|H Pv). Att det i regel krävs tre träffar
kan bero på sannolikheten att en träff i fordonet inte träffar något vitalt eller skadar fordonet kritiskt. Genom tre träffas höjs den totala sannolikheten för en ”bra” träff, och därmed också
30 Mohammad Asif Zaman och Md. Abdul Matin, ”Radar Cross-Section Formulation of a Shell-Shaped
Projectile Using Modified PO Analysis”, red. Azah Mohamed, Modelling and Simulation in Engineering 2012 (2012): 328321, https://doi.org/10.1155/2012/328321.
31 Ibid., 7.
32 Då projektilen färdas rakt emot radarn benämns detta vinkel 0 i arbetet från Zaman och Matin. 33 Merrill Ivan Skolnik, Radar handbook , 3rd ed. (Maidenhead: McGraw-Hill Professional, 2008), 14.12. 34 Zaman och Matin, ”Radar Cross-Section Formulation of a Shell-Shaped Projectile Using Modified PO
Analysis”, 8.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 22 av 51
nedkämpning. Om två av tre träffar i fordonet antas vara ”dåliga träffar” vilka inte genererar i ett nedkämpat fordon, omsätts detta till PK|H Pv ≈ 0,33. Det krävs 5–6 avfyrade pansarskott
(P-skott) för att erhålla tre träffar, vilket ger sannolikheten för träff, PH Pv ≈ 0,5.
Grunden för påståendet i soldf är inte känt, men utifrån variabler Ball tar upp i sin teori, kan det antas involvera bland annat felfunktion hos vapen, felaktigt handhavande och icke kritiska träffar. Sannolikheterna som hämtats ifrån påståendet kommer användas för att påvisa inverkan ett VMS har på duellen med ett pansarvärnssystem, och därmed eventuell förtjänst med aktiv radarstörning.
Sida 23 av 51
4.Aktiv radarstörning
Radarstörning av typen aktiv, kan delas in i två kategorier beroende på syftet, om det är att maskera ett mål och förhindra detektion, eller att vilseleda radarn. Detta kan genomföras både smalbandigt och bredbandigt i båda fallen och från en bakgrundsstörare, det vill säga inte integrerar i projektilen.
Effektiviteten på störningen påverkas av förhållandet mellan störningens bandbredd (BJ) samt
radarns bandbredd (Bmf). Detta förhållande beräknas genom att dividera bandbredden i Hz för
respektive system. Om störning skall utföras mot ett radarsystem med okända frekvenser, kan det krävas störning inom ett större intervall (bredbandig störning) för att nå önskad effekt. Detta gäller även om radarn använder frekvenshopp, där systemet sänder på olika frekvenser vid olika tillfällen. 36 Nyttjas bredbandig störning, krävs högre effekter än om störning endast sker på
specifika frekvenser.37 Den smalbandiga störningen är därför effektivare då störningen
fokuseras till frekvensen radarn använder, och mindre effekt ”slösas”. Figur 4.2 och 4.3 åskådliggör denna skillnad i effektivitet:
36 Eneroth, Applied radar EW, 315.
37 Gerdle, Pettersson, och Åkerblom, Lärobok i telekrigföring för luftvärnet : radar och radartaktik, 326.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 24 av 51
Figur 4.2 - Bredbandig störning
𝐵𝑚𝑓 𝐵𝐽 =
100 Hz
1000 Hz= 0,1 ⟹ 𝐿å𝑔 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑒𝑡
Figur 4.3 - Smalbandig störning
𝐵𝑚𝑓 𝐵𝐽 =
100 Hz
100 Hz= 1 ⟹ 𝐻ö𝑔 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑒𝑡
4.1. Maskerande störning
Den maskerande störningen, vilket antyds på namnet, syftar till att maskera eller dölja ekot från radar. Det vanligaste är att detta görs med elektroniskt brus, och kallas då brusstörning.
A mpl it ud Frekvens (f)
Bredbandig störning
Störsignal (J) Radar signal (S) Brus (N)
Ampl
it
ud
Frekvens (f)
Smalbandig störning
Sida 25 av 51
Störningen genomförs genom att mängden brus radarn detekterar höjs, vilket sänker SNR.38
Genom inverkan på JSR och SNR höjs sannolikheten för falsklarm och detektering av faktiska mål försvåras.39 Ytterligare en variant är då mängden falska ekon blir en form av maskerande
störning.
4.2. Vilseledande störning
Vilseledande störning syftar till att ”lura” radarn eller dess operatör genom falska ekon. Denna vilseledning sker i någon av domänerna vinkel, hastighet, avstånd, eller om falska mål används.40 Principen för vinkel-, hastighet- och avståndsavhakning är att långsamt introducera
ett fel i radarn. Detta fel avser att lura radarn att denna följer en förändring hos målet i någon av domänerna. ”Felet” ökar över tiden och när störsändningen plötsligt slutar, har radarn målföljning av det riktiga målet avhakats. För ett flygplan medger detta en chans att undgå målföljningen tillfälligt och genomföra en undanmanöver.41
4.3. Störtekniker
Avståndsavhakning, där Range Gate Pull Off (RGPO) och Range Gate Pull in (RGPI) är olika tekniker för vilseledningen i avståndsdomänen.42 Radarn vilseleds genom att ett falskt eko
sänds med en tidsförskjutning och avståndet beräknas därför felaktigt till kortare (RGPI) eller längre (RGPO). Detta medför att avståndsinformationen från radarn blir felaktigt och eventuella vapensystem baserade på denna information riskerar missa. Mot pulsdopplerradar krävs avståndsavhakning kombinerat med dopplervilseledning, då ekon med felaktig dopplerfrekvens inte behandlas av signalbehandlingen.43 Vinkelavhakning kan genomföras genom teknikerna
Crosseye eller Cross-Pol mot en radar med monopuls, vilket dock inte lämpar sig i fallet med
bakgrundsstörare.44 Ett alternativ är ”blinkning” vilket innebär att två störsändare turas om att
sända för att ge två tydliga ekon, vilket radarn målföljer istället.45 Velocity gate pull off (VGPO)
eller Velocity gate pull in (VGPI) är tekniken för avhakning i hastighetsdomänen för bland annat pulsdopplerradar.46 Genom denna teknik vilseleds radarn med en ökande eller sjunkande
38 Ibid., 211.
39 Lothes, Szymanski, och Wiley, Radar vulnerability to jamming , 31–35.
40 Gerdle, Pettersson, och Åkerblom, Lärobok i telekrigföring för luftvärnet : radar och radartaktik, 230–61. 41 Eneroth, Applied radar EW, 383.
42 Ibid., 380–83. 43 Ibid., 380.
44 Lothes, Szymanski, och Wiley, Radar vulnerability to jamming , 110. 45 Eneroth, Applied radar EW, 406.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 26 av 51
hastighet på målet genom ett dopplerskifte, vilket tillsammans med RGPO/RGPI kan ge mycket trovärdiga ekon för radarn att följa. Denna kombination benäms ibland som Coordinated Range
Velocity (CRV).
Digitalt radiofrekvensminne (DRFM) är en metod för att generera en störsignaler. Genom att radarns signal fångas av en antenn, signalen lagras digitalt och eventuell modifiering av signalen genomförs (skapa falska ekon, brus med mera), innan denna sänds tillbaka till radarn. Fördelen är att störningen dels blir smalbandig, men även får samma egenskaper likt den ursprungliga pulsen (mållikt), vilket gör det svårare för radarn att sortera bort falskmålen.
4.4. Krav på radarstörning
Beroende på syfte, kan det krävas att störsignalen har ett övertag mot ekosignalen, en störövervikt (JSR) på 10 ggr (10 dB). Under detta är också sannolikheten för genombrott påtaglig.47 Genom denna störövervikt sänks det faktiska ekot från målet ner i bakgrundsbruset,
vilket döljer det. I vissa fall krävs inte detta, exempelvis då en stor mängd falska mål ekon genereras, och vilseleder därigenom. Här framstår alltså vilseledande och maskerande störning mycket nära varandra i syfte och deras utformning.
5.Varnar- och motverkansystem
5.1. Indelning och funktion
Varnar- och motverkansystem delas in i olika kategorier beroende på vilket avstånd, räknat från systemet /fordonet de är tänkta att verka. System reaction time (SRT) är ett mått på hur snabbt ett system kan reagera, och därför också den maximala hastigheten på inkommande projektiler.
47 Ibid., 312–14.
Sida 27 av 51
Uppdelningen avseende avstånd är i Sverige Aktivt pansar (under 2 m), Aktivt närskydd (2-10 m) och Moteld (över 10 m).48 Liknande indelning finns internationellt och benämns då
interception point (IP).49 Systemen katogoriseras även efter typ av motverkan, enligt
icke-förstörande motmedel, Soft-kill och icke-förstörande motmedel, Hard-kill. Icke-icke-förstörande verkar mot pansarvärnssystemet genom att störa målsökaren, sikten för skytten eller navigationssystem hos pansarvärnsroboten. Exempel på denna typ av system är ryska systemet SHTORA-1 med störaren TshU-1-7 (Se figur 5.2).50
Förstörande motmedel påverkar funktionen hos den inkommande projektilen genom att fysiskt skada RSV-stridsdelen eller utlösningsmekanismen.51 Detta genom att systemet avfyrar en egen
stridsdel från fordonet och verkar med splitter mot projektilen innan träff sker (Se figur 5.1)52.
Dessa system kan därför påverka även icke-styrda projektiler, exempelvis granater från pansarskott eller pilprojektiler från stridsvagnar.53 Kortare STR medför utöver verkan mot
projektiler i högre hastigheter, även verkan mot hot på korta avstånd. Genom sambandet mellan vilken reaktionstid systemet har (STR), på vilket avstånd målet skall mötas (IP) och hastighet på målet (V), kan ett minsta avstånd för engagering anges (Se Figur 5.3). Detta avstånd kallas
Minimal Defeat Distans (MDD) och projektiler avfyrade på ett avstånd under detta hinner VMS
inte agera mot.54
48 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”. 49 Haug och Wagner, ”Active Hardkill Protection Systems –”, 43.
50 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”. 51 Ibid.
52 Graswald m.fl., Defeating Modern Armor and Protection Systems, 75. 53 Haug och Wagner, ”Active Hardkill Protection Systems –”, 43. 54 Ibid.
Figur 5.2 - Shtora genomför motåtgärd med rök eller störning.(Källa: T Bremberg, 2013)
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 28 av 51
𝑀𝐷𝐷 [𝑚] = (𝑆𝑅𝑇 × 𝑉) + 𝐼𝑃 (8)
Exempelvis, ett VMS med SRT på 100 millisekunder, och en IP på 8 m, angrips av ett pansarvärnssystem vars projektil färdas i 500m/s. insättning i Ekvation 8 ger:
𝑀𝐷𝐷 = 0,1 ∗ 500 + 8 𝑀𝐷𝐷 = 50 + 8 = 58 𝑚
Om projektilen avfyras på ett avstånd under 58 meter hinner systemet inte reagera, och har därför ingen verkan.
5.2. Systemuppbyggnad VMS förstörande motmedel
VMS med förstörande motmedel utvecklas och tillverkas idag av många länder och företag. Systemen skiljer sig avseende specifika komponenter, men gemensamt är att det bygger på tre huvudkomponenter, sensor, central styrenhet och motmedel.55 Vissa system har en låg STR och
55 Luhai Wong, ”Systems engineering approach to ground combat vehicle survivability in urban operations”
(Naval Postgraduate School, 2016), 59, http://hdl.handle.net/10945/50510.
Sida 29 av 51
kort IP, och kan därmed verka mot hot som upptäcks på tiotals meter (MDD≈10 m)56
Täckningen i sida kan vara upp till 360 grader och 90 grader i höjd. Detta skapar en sluten kupol och skyddar fordonet även från projektiler med en förhöjd banprofil (se avsnitt 3.2 Pansarvärnsrobot).57 P
K VMS uppges i ett patent vara 0,70 för ett specifikt VMS, men för ett
generellt VMS bedöms 0,85 gälla , även om moderna system hävdas ha ännu bättre.5859 Exakt
vad effektiviteten för ett VMS anger skiljer sig mellan tillverkare och källor, men vanligtvis anger den sannolikheten att påverka ett inkommande hot till den grad att den inte får något genomslag i fordonet. Någon form av splitter eller delar av projektilen kommer fortfarande träffa fordonet, och beroende på nivån av fysiskt skydd hos fordonet, ge olika verkan.60
Sensor
För att inhämtning av information används en eller flera sensorer. Ofta ingår en radar, antingen en eldledningsradar eller en spaningsradar. Då en spaningsradar används syftar denna att ge förvarning till någon annan typ av sensor.61 Används en eldledningsradar kan elektrooptiska
sensorer komplettera denna, och ange när och i vilken vinkel radarn ska börja sända och söka efter projektiler. Denna tillämpning, ibland kallat robotskottvarnare, medför att systemet kan gå ”tyst” och inte röja fordonet för fientlig signalspaning, tills det att ett hot uppstår62 Även
laservarnare, för detektion av våglängder från av avståndsmätningsinstrument, kan till och med varna innan en projektil har avfyrats.63 De system där radarn ger förvarning till en
laser/elektrooptisk sensor medger mycket korta STR, endast 500 mikrosekunder i fallet med Tyska AMAP ADS, och därför en låg MDD.64
56 Stephen W Miller, ”Active Protection Systems - The Last Line of Defence”, Military Technology 44, nr 9/10
(2020): 36, http://130.252.58.169/trade-journals/active-protection-systems-last-line-defence/docview/2459645459/se-2?accountid=8325.
57 Mikael Pettersson, ”Pansarvärnsrobotens tekniska möjligheter i duell med en kvalificerad motståndare”
(Försvarshögskolan, 2014), 54.
58 Weapon system of active protection complex, RU2263268C2 (Ryssland, issued 2000),
https://patents.google.com/patent/RU2263268C2/en.
59 Anteckningar från telefonsamtal och inledande interljuv om VMS med Övlt Ove Grönlund 2020-11-20. 60 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”.
61 Graswald m.fl., Defeating Modern Armor and Protection Systems, 76. 62 Miller, ”Active Protection Systems - The Last Line of Defence”.
63 Stephen W Miller, ”Active Protection Systems Kill Systems as a Last-Ditch Defence”, Military Technology
44, nr 3 (2020): 36, http://130.252.58.169/trade-journals/active-protection-systems-kill-as-last-ditch/docview/2444989358/se-2?accountid=8325.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 30 av 51
Radarn är ofta konstruerad med en aktivt elektroniskt styrd antenn (AESA), vilket medför god prestanda avseende detektering samt målföljning. Exempel på detta är radarn ELTA EL/M-2133 från israeliska Trophy, men även i Arena och Afganit används AESA.6566
5.2.1.1.
Radar
Skillnaden i tillämpningen av radar på marken och den i luften är främst mängden ekon från bakgrunden. Detta hanteras vanligen i signalbehandlingen genom att filtrera bort dessa oönskade ekon, eller klotter, från ekon från mål. Denna filtrering kan ske genom så kallad
moving target indicator (MTI) och använder förändringar i fasläget på signalen för att skilja på
om målet rör sig eller inte. Är målet stillastående kommer fasläget på den returnerande signalen alltid vara det samma, men om målet har förflyttat sig i avstånd från radar, kommer fasläget förändrats.67 Denna MTI-radar ingår i kategorin pulsradar, där även pulsdopplerradar ingår. Till
skillnad från en MTI-radar, där klotter filtreras bort, arbetar en pulsdopplerradar genom att istället förstärka ekon inom ett önskat dopplerintervall.68 Exempel på detta är Arena, där radarn
uppges vara av pulsdopplertyp.69 Typiskt är att dessa har en pulsrepetitionsfrekvens (PRF) av
10–300 kHz.70
65 ”ELM-2133 WindGuard Active Protection Radar”, 2021, https://www.iai.co.il/p/elm-2133-windguard. 66 Graswald m.fl., Defeating Modern Armor and Protection Systems, 76.
67 Wiss m.fl., Sensorer, 62. 68 Skolnik, Radar handbook , 4.2.
69 M Baryatinskiy, Main Battle Tank T-80, Russian Armour ; 3 (Hersham, Surrey: Ian Allan, 2007), 73. 70 Skolnik, Radar handbook , 4.4.
Sida 31 av 51
Frekvenserna radarn sänder på varierar mellan systemen, i fallet med Arena uppges bara ”MMW”, eller millimetervåg.71 Millimetervåg omfattar frekvenser från 35–94 GHz och är
vanligt i målsökare och eldledningsradar med kort räckvidd. Den höga frekvensen medger relativt små antenner med hög antennvinst men även ökade kostnader samt komplexitet i att producera störsystem.72 Vissa system uppges använda frekvenser inom K
a-Band vilket omfattar
26–40 GHz.73
Även Antennvinsten behöver vara känd för att genomföra JSR beräkningar, vilket förenklat beräknas genom ett samband med antennstorlek och våglängd. Michael Reberg, lärare i telekom och vågrörelserlära vid Försvarshögskolan, påpekar att AESA antenner kan ha flera lober vilket förvårar beräkningar av antennvinst.74 AESA antenner består nämligen av flera små
sändelement vilket skapar flera lober.75 När dessa summeras till en summalob, kan loben styras
och egenskaper förändras genom ”lobforming”. Radarn kan därmed elektroniskt rikta loben och genomföra olika uppgifter med olika lober, exempelvis målföljning och spaning parallellt.76
Vidare kan en eldledningsradar med AESA antenn och målföljningsprincipen monopuls besitta
71 ”MCWP 3-15.5 Antiarmor Operations”, 2000, 2–7. 72 Eneroth, Applied radar EW, 160–62.
73 Haug och Wagner, ”Active Hardkill Protection Systems –”, 45. 74 Reberg, Michael. Antennvinst AESA, 12 Mars. 2021.
75 Skolnik, Radar handbook , 13.1-13.3. 76 Ibid., 13.7-13.9.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 32 av 51
mycket god vinkelupplösning, endast 0,05 milliradianer.77 Den exakta uppbyggnaden hos en
AESA är komplex och kan skilja sig beroende på respektive systems uppgift. Därför är även beräkningar av antennvinsten komplex, varför en förenklad formel använts. För beräkning av antennvinst (Ekvation 1), uppskattas storleken för en generell AESA att motsvara en rektangel med sidorna 0,11m x 0,15m (Se Figur 5.5).
Små sidolober är speciellt efterstansvärt hos militära radarantenner, på grund av risken för störsändning. Storleken på sidolober anges i förhållande till huvudlob, där exempel finns på sidolober på 0,00001 (-50 dB) av huvudlobens antennvinst, då i luftburna stridsledning och luftbevakningssystem (AWACS).78 För normala antenner ligger detta värde på ca -25 dB och i
antennen med små sidolober cirka -30 till -40 dB.79 Storleken på sidoloberna i antennen på ett
generellt VMS fastställs till 0,001 (-30 dB), för en modern antenn med högt störskydd.
Den sista variabeln relevant utifrån ett telekrigsperspektiv är vilken effekt radarn sänder med. Vissa system uppges kräva runt 1kW för hela systemet, utan specifika värden för radarns effekt.80 För att uppskatta detta används ett kommersiellt navigationsradarsystem.
Apparatverkningsgraden beräknas enligt Appendix A, Apparatverkningsgrad, och anger på hur mycket av totala systems förbrukning används av radarn för att sända. Genom att använda samma apparatverkningsgrad kan en radars Ptopp fastställas.
𝑃𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙 = 𝑃𝑡𝑜𝑝𝑝 × 𝑡𝑝× 𝑃𝑅𝐹
Den effekt radarn förbrukar, Pmedel, skiljer sig från den effekt P i relevant för radarberäkningar.
P eller Ptopp är den faktiska effekten varje puls har, och påverkar Pmedel genom hur länge (tp) och
hur ofta (PRF) radarn sänder.
Huvudstyrenhet
Styrenheten sammanställer och analyserar information från ingående sensorer. Bedöms projektilens riktning göra att den kommer träffa fordonet, tar systemet beslut om motverkan.81
Styrenheten kan också var uppkopplat mot fordonets stridsledningssystem, där informationen delas i ett nätverk via radio. I närverket igår övriga fordon i samma pluton vilket bidar till bättre
77 Ibid., 9.12. 78 Ibid., 13.28.
79 David K Barton, Modern radar system analysis (Norwood: Artech House, 1988), 188.
80 ”Arena Active Protection System | JOINT STOCK COMPANY RESEARCH AND PRODUCTION
CORPORATION KONSTRUKTORSKOYE BYURO MASHYNOSTROYENIYA”.
Sida 33 av 51
omvärldsuppfattning. Det medför också att åtgärder kan vidtas automatiskt baserad på informationen i nätverket.8283
Styrenheten innehåller också delar för att interagera med besättningen, bland annat kan systemet stängas av eller pausas, om egen avsutten trupp uppehåller sig i närheten av fordonet. Detta då eventuella motåtgärder utgör en risk för personal genom splitter och tryckverkan.84
Systemet kan presentera riktning och avstånd till den plats där ett pansarvärnsvapen avfyrats. Därigenom kan besättningen snabbt påbörja bekämpning, vilket enligt Övlt Grönlund är en av de stora förtjänsterna med VMS.85 Detta medför att eventuellt störning om möjligt bör vilseleda
avseende riktning och avstånd, inte enbart för att öka sannolikheten för verkan, utan även minska risken att bli bekämpad.
Motmedel
Motmedlen är utformade antigen som en stridsdel vilken verkar från fordonet (Distributed) eller med en stridsdel som skjuts ut (Deployed), Se figur 5.1. I fallet med Arena, består det av en stridsdel, benämnd kassett, och en utskjutningsdel. Vissa system nyttjar en rörlig utskjutningsdel för att rikta, medans vissa system har fasta, monterade i en ring kring tornet. Detta kan kopplas mot SRT, då rörliga enheter kan antas kräva längre tid på grund av eventuell riktningsförändring inför ett eldöppnande. För att motverka försök till överbelastning eller
82 Peter Klum, VMS-funktion i nätverk för stridsfordonsförband, några typfall : metodrapport , FOI-R, 1328--SE
(Linköping: Ledningssystem, Totalförsvarets forskningsinstitut FOI, 2004).
83 Gustaf Olsson, VMS, långsiktig teknikutveckling och forskning : några tankar och idéer , FOI-R, 3073
(Linköping: Informationssystem, Totalförsvarets forskningsinstitut FOI, 2010), 15.
84 Baryatinskiy, Main Battle Tank T-80, 82.
85 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”.
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 34 av 51
mättande av systemen vidtas åtgärder, exempelvis konstrueras vissa system för att varje sektor kring fordonet skyddas av kassetter vars verkansområde är överlappande.86 I varje given
riktning kan alltså mer än en kassett ge verkan mot en inkommande projektil.87 På tornet av en
T-72 kan man tydligt se dessa kassetter tillhörande Arena systemet (Se Figur 5.6).88
Verkansdelen kan vara utformad för att skapa en ”kon” av splitter (se figur 5.7), vilket påverka
eller ”stör” den inkommande stridsdelens funktion. RSV-Stridsdelar är mycket känsliga och en träff av enstaka splitter kan räcka för att stridsdelens penetration skall nedgå eller utlösningsanordning skadas.89 Konens omfattning kan medföra att en kassett nedkämpar två
mål samtidigt, genom att de färdas för nära varandra i avstånd, exempelvis vid försök till att överbelasta systemet.
6.Analys
6.1. Data och prestanda för generellt VMS
Antennvinsten för en AESA beräknas baserat på effektivitetsfaktor av 0,9 och storlek av 12 x 15cm. Frekvensen systemet sänder på är 35 GHz, vilket omfattas av både klassificeringarna, millimetervåg och Ka-bandet. Våglängd () fås genom frekvensen genom ljushastigheten (c).90
𝐴 = 0,11 × 0,15 = 0,0165
86 Haug och Wagner, ”Active Hardkill Protection Systems –”, 44.
87 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”.
88 ”Arena Active Protection System | JOINT STOCK COMPANY RESEARCH AND PRODUCTION
CORPORATION KONSTRUKTORSKOYE BYURO MASHYNOSTROYENIYA”.
89 ”Interljuv med Övlt Ove Grönlund, 2021-02-25, Markstridsskolan Skövde”. 90 Wiss m.fl., Sensorer, 54.
Sida 35 av 51 𝜆 = 𝑐
𝑓=
3 × 108
35 × 109≈ 0,00857 𝑚 = 8,57 𝑚𝑚
Insättning i Ekvation 1 ger antennvinsten: 𝐺 = 4𝜋 (0,9 × 0,0165
0,008572 ) ≈ 2540[𝑔𝑔𝑟] = 34[𝑑𝐵]
För att beräkna ERP hos radarn används pulstiden 1,5 µs, vilket med apparatverkningsgrad på 0,09 (Se Appendix A, Apparatverkningsgrad), systemförbrukning av 1 kW och antennvinst 2540ggr, ger en ERP = 1016 kW, (se Appendix A, Effektiv utstrålad effekt). Det fiktiva systemet är ett millisekund-system av typen aktivt närskydd. STR sätts till 0,05 sekunder och IP till 5 meter, vilket ger ett MDD på mot ett pansarvärnsvapen med projektilhastighet en 260 m/s enligt Ekvation 8:
𝑀𝐷𝐷 = (0,05 × 260) + 5 𝑀𝐷𝐷 = 18 𝑚
Tabell 2 - Sammanställning över data och prestanda för fiktivt VMS
Data för fiktivt VMS
Sensor för upptäckt Radar
Antennvinst [ggr] 2540
Hastighet på inkommande mål, [m/s] 70…700
MDD [m] 18
Bekämpningsavstånd IP, [m] 5
Effektivitet 0,85
Systemets reaktions tid, SRT, [s] 0,05
ERP radar [W] 1016 kW
PRF [Hz] 150 kHz
Pulstid [s] 1,2
Självständigt Arbete OP-T, 18-21
Sida 36 av 51
6.2. Effekten av VMS i en duell mellan stridsfordon och
buret pansarvärnssystem
Genom ett räkneexempel åskådliggörs påverkan ett VMS har på sannolikheten för att nedkämpa ett stridsfordon. Effektiviteten kommer likställas med att projektilen påverkas till den grad att den anses oskadliggjord och inte har förmågan att påverka fordon eller besättning. Det ger att även att effektivitet är angiven hur sannolikhet för träff, inte sannolikheten för nedkämpning. I detta exempel används 𝑃𝐾 𝑉𝑀𝑆 = 0,85, för att motsvara ett generellt VMS:
Figur 6.1 - Sannolikhetsträd för interaktion mellan VMS och projektil
Pansarvärnssystemets effektivitet beräknas lite annorlunda, (Se avsnitt 3. Pansarvärnsvapen). Den totala sannolikheten för utslag med ett avfyrat pansarvärnssystem kan beräknas utifrån den teori Ball formulerat:
𝑃𝐾 𝑃𝑣 = 𝑃𝐻 𝑃𝑣× 𝑃𝐾|𝐻 𝑃𝑣
Förloppet för ett eldöppnade med en projektil illustreras enligt följande:
Figur 6.2 - Sannolikhetsträd för sannolikheten för utslaget fordon med ett eldöppnande med ett pansarvärnssystem.
Och 𝑃𝐾 𝑃𝑣 beräknas då enligt följande:
Inkommande projektil mot VMS VMS påverkar inte projektilen VMS påverkar projektilen PK VMS = 0,85 Bekämpning av fordon inleds
Fordonet missas Fordondet
träffas PH Pv= 0,50 Fordondet i stridbart skick Fordonet nedkämpas PK|H Pv= 0,33
