Assessment of Aircraft Radar Cross-Section for Detection Analysis

• Main Author: Persson, Björn
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: KTH, Farkost och flyg 2016
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-185214; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:978-91-7595-936-8

Hiding from and surprising an opponent are tactics that have been used in warfare throughout history. They were features that aircraft originally possessed when they were first used in military operations. However, development of military technology is an endless struggle between advances in technology and counter technology. During World War II this struggle led to the development of a new technology called radar, which was designed to detect sea vessels and aircraft at a distance and deny them the element of surprise. This laid the foundation for modern air defenses and simultaneously created a need for aircraft to penetrate such defenses. Central to the tactics and technological development that followed from the deployment of radar on the modern battlefield is the radar cross-section (RCS) of aircraft, which dictates the range at which aircraft can be detected by radar. In this thesis some aspects of the RCS of aircraft in radar detection are investigated. A combination of experimental measurement of aircraft and digital model development of the RCS of aircraft has been used. From flight experiments, the uncertainty in aspect angle to a threat sensor, due to aircraft dynamics, is quantified for various aircraft. In addition, the RCS fluctuation behavior of a military jet trainer is investigated by dynamic in-flight measurement. The monostatic and bistatic RCS of an F-117 are modeled and findings show that spline interpolation provides superior accuracy when interpolating the RCS data. Smooth and conservative RCS models are suggested and a new RCS sampling scheme is presented. A model based on experimental data is suggested for determining the range of aspect angles that an aircraft is likely to orient towards a threat sensor, and experimental RCS data is compared to the classical Swerling radar target models. Possible consequences for military operations and the design of military systems are discussed and considerations for modeling the interaction between air defenses and aircraft penetrating those defenses are given.   This thesis should be of interest to military actors and the defense industry, since the analyses of the ability to detect aircraft using radar are important for military operations and their planning. === Att kunna gömma sig för att sedan överaska sin motståndare är en taktik som har använts inom krigsföring genom historien, detta var också en möjlighet flygplan erbjöd när de började användas i militära samanhang. Utveckling av teknik för militära ändamål är emellertid en ständigt pågående kamp mellan framsteg inom det befintliga teknikfältet och utveckling för att kunna motverka sådan teknik. Under andra världskriget ledde denna kamp till utvecklingen av radar, en teknik som används för att upptäcka och följa fartyg och flygplan på stora avstånd, vilket kraftigt försvårade möjlighet att överaska motståndaren med hjälp av flygplan. Utvecklingen av radar är en hörnsten inom moderna luftvärnssystem, vilket också har skapat ett behov för luftstridskrafter att kunna motverka och penetrera sådana skydd. Centralt för den teknik och taktikutveckling som skede till följd av att radar introducerades på det moderna slagfältet är flygplans radarmålarea, som är avgörande för på vilket avstånd det är möjligt att upptäcka flygplanet. I den här avhandlingen undersöks aspekter kring hur flygplans radarmålarea påverkar detektionsmöjligheterna för en hotradar. Avhandlingen består av både mätningar på faktiska flygplan samt forskning kring digitala modeller av radarmålarea. Flygförsöken gav kvantitativa exempel på hur stor osäkerhet i aspekt vinkel ett givet flygplan kan förväntas ha emot en hot sensor på grund av flygdynamik. Utöver detta så utfördes även en dynamisk mätning av radarmålarea på ett jetdrivet skolflygplan, för att undersöka fluktuationerna i radarmålarea. Både monostatisk och bistatisk radarmålarea har beräknats för en F-117 modell och resultaten tyder på att spline-interpolation ger den bästa noggrannheten vid interpolation. Vidare föreslås hur jämna och konservativa modeller av radarmålarea kan uppnås samt att en ny samplingsstrategi för radarmålarea presenteras. En modell som bygger på experimentell data föreslås för att uppskatta hur stor ändring av aspektvinkel ett givet flygplan kan förväntas ge emot en hotsensor, samt att mätdata av radarmålarea jämförs med de klassiska Swerling modellerna. Den påverkan resultaten förväntas ha på militära operationer och system diskuteras och några överväganden som bör beaktas vid modellering av interaktionen mellan flygplan och radar ges. Denna avhandling torde vara av intresse för såväl militära aktörer som försvarsindustri, eftersom analysen och möjligheten att upptäcka flygplan med radar är en viktig del av luftstrid och tillhörande planering. === <p>QC 20160418</p>