EuroFIRST PIRATE

Typhoon mit PIRATE und vier ASRAAM

Der EuroFIRST PIRATE (englisch Passive Infra-Red Airborne Track Equipment) ist der Infrarotsensor der Eurofighter Typhoon. Er wird vom EuroFIRST Konsortium, bestehend aus Selex Galileo, Thales Group und Tecnobit hergestellt. Der Sensor wurde explizit entwickelt, um sowjetische LO-Flugzeuge auch unter schweren elektronischen Gegenmaßnahmen auf große Entfernungen orten zu können. Aufgrund der anspruchsvollen Leistungsanforderungen – der Sensor sollte wie ein Radar im Track-while-scan-Modus Ziele in drei Dimensionen orten, identifizieren und verfolgen – kam es zu einer sehr langen Entwicklungsdauer. Vom Beginn der Entwicklung bis zur Auslieferung des ersten Sensors vergingen mehr als 15 Jahre. Aus Kostengründen wird nicht jeder Eurofighter mit diesem Bauteil bestückt. Die Leistungsfähigkeit des Sensors ist durch die momentan verfügbare Rechenleistung beschränkt.

Entwicklung

Leistungsanforderungen

Analysen, die Ende der achtziger Jahre zum European Fighter Aircraft (EFA) erstellt wurden zeigten, dass die Ortungsreichweite des CAPTOR-Radars durch bekannte sowjetische Tarnkappentechnik und abstandswirksame Störsender auf unter 9 km sinken würde. Ferner wurde damit gerechnet, dass der Gegner zahlenmäßig überlegen sein würde, mindestens 2:1. Da in einem Dogfight meistens die Seite gewinnt, welche mehr Flugzeuge in den Kampf werfen kann, musste die Zahl der Gegner bereits im Anflug dezimiert werden. Um trotzdem Beyond Visual Range Gefechte führen zu können, wurde ein Infra-Red Search and Track Sensor und Sensorfusion als notwendig erachtet. Die Ausschreibung verlangte, dass das IRST im Zusammenspiel mit Radar arbeiten würde, und deshalb etwa denselben Überwachungsbereich besitzen sollte. Erfasste Ziele sollten automatisch verfolgt, charakterisiert und die Flugbahn bestimmt werden. Die Ziele sollten dabei auf einem Display wie bei einem Radar dargestellt werden. Ferner sollte dem Piloten ein Infrarotbild des Zieles dargestellt werden können, um dieses visuell zu identifizieren. Das System sollte auch als Forward Looking Infrared arbeiten können, um dem Piloten eine Landehilfe zu geben. Hauptschwierigkeit der Leistungsanforderungen war die Clutterunterdrückung; schätzungsweise würde das IRST bis zu 1000 Falschziele pro Stunde zurückweisen müssen.

Spanien stieß zwar im September 1985 zum Eurofighter-Konsortium, jedoch wurde das Memorandum of Understanding zur Entwicklung des Infra-Red Search and Track (IRST) Systems erst 1988 unterzeichnet. 1989 bewarben sich dann zwei Industriekonsortien für den Auftrag: FIAR und Thorn-EMI, sowie GEC Avionics und Pilkington und Ferranti. Deutschland entschied 1991, aus Kostengründen nicht an der Entwicklung des Sensors teilzunehmen, behielt sich aber die spätere Nutzung vor. Die BRD entwickelte zu selben Zeit bereits seit 1986 einen experimentellen FLIR-Pod für den Panavia Tornado, der auch rein passiv die Entfernung durch Triangulation bestimmen sollte, um zur Feuerleitung von Luft-Luft-Raketen zu dienen. Neben der Möglichkeit das FLIR-Bild mit einem Helmvisier zu koppeln, sollte der Pod sonst wie ein LANTIRN eingesetzt werden. Während Deutschland einen Ausstieg vollzog, bestanden Spanien, Großbritannien und Italien auf dem IRST-System, und waren auch nicht bereit, weniger Performance zu akzeptieren, um die Kosten zu senken. Die britische Firma Thorn-EMI (heute Thales) gewann schließlich im September 1992 mit der italienischen FIAR und Spaniens Eurotronica die Ausschreibung für den Infrarotsensor des Eurofighters, der auf dem Air Defence Alerting Device (ADAD) basiert. Das hierfür gegründete EuroFIRST-Konsortium bestand später aus FIAR, Eurotronica und Pilkington Optronics, welche aus Thorn-EMI hervorging.

Softwareentwicklung und Sensorfusion

Da die Mechanik auf Basis des ADAD entwickelt wurde, lag die Herausforderung in der Entwicklung der Software, durch welche die radar-ähnliche Fähigkeit des Infra-Red Search and Track Sensors gewährleistet wird. Praktischerweise konnten die Erfahrungen, die bereits auf dem Gebiet der Radarprozessoren vorlagen, auf das IRST übertragen werden. Für die automatisierten Softwaretests entschied sich Projektingenieur Dick Franks im Oktober 1994 für AdaTEST, da dass Debugging von Hand extrem zeitaufwendig und teuer gewesen wäre. Mitte des Jahres 1995 standen die ersten 160.000 Zeilen Ada-Code auf dem Prüfstand.

Das Air Defence Alerting Device (ADAD) wurde von der britischen Firma Thorn-EMI für die British Army entwickelt, und im Juli 1993 in Dienst gestellt. Der kleine Infra-Red Search and Track (IRST) Sensor sollte durch horizontale 2D-Scans im Wellenlängenbereich von 8-13 µm helfen, MANPADS-Schützen in ihre Ziele einzuweisen. Zwischen 1999 und 2000 wurden in Großbritannien eine Reihe von Untersuchungen mit dem ADAD-Sensor durchgeführt, um das Problem von Stealth und Störsendern bei der Luftverteidigung in den Griff zu bekommen. Auch im Kosovo-Krieg wurde jeder NATO-Lufteinsatz von Grumman EA-6 begleitet, was der serbischen Luftverteidigung zu schaffen machte. Als Lösung wurde eine Sensorfusion aus Radar- und Infrarotdaten untersucht. Ferner könnten damit auch Ziele mit Tarnkappentechnik geortet werden, da IRST bei Wellenlängen von 8-12 µm eine gute Empfindlichkeit gegenüber Zielen mit Raumtemperatur besitzen, und so die Außenhaut eines Fluggerätes geortet werden kann. Auch erhitzt sich die Flugzeughaut beim Überschallflug durch die Luftreibung weiter.

In Versuchen von Pilkington Optronics, BAE Systems und der Defence Evaluation and Research Agency (DERA) ließen sich für Radar optimierte Tarnkappenflugzeuge leicht durch IRST-Sensoren orten. Interessanterweise wurde festgestellt, dass die Stealth-Beschichtung mancher Fluggeräte die Luftreibung erhöhte, und damit die Wärmeabstrahlung. Da die Ortung von UAVs und Marschflugkörpern besonders schwierig ist, da diese sehr klein sind und nur wenig Radarrückstrahlfläche und Infrarotemissionen besitzen, konzentrierten sich praktische Versuche des Teams auf diese Ziele. Zuerst wurde eine BQM-74-Drohne, welche einen Marschflugkörper simulierte, durch einen modifizierten ADAD verfolgt. Dieser ließ sie nicht auf den Augen, bis die Drohne am Ende ihrer Flugstrecke den Fallschirm öffnete. Ab diesem Zeitpunkt verhielt sie sich nicht mehr wie ein Flugzeug, sodass sie vom Signalprozessor ignoriert wurde und als Ziel auf dem Display verschwand. Im nächsten Schritt wurde die Diskriminierung von Zielen vor warmem Hintergrund verbessert, konkret wurden mit einem speziellen ADAD Tests durchgeführt, um Helikopter trotz Clutter zu orten. Der Algorithmus stellte dem Operator nur den Helikopter dar, andere Infrarotquellen wurden ignoriert.

Als nächsten Schritt wurde durch Pilkington Optronics und DERA die Track-Fusion erprobt. Dazu wurden zwei ADAD als IRST/IRST-Sensorverbund betrieben, BAE Systems beteiligte sich an den Versuchen, wo ein ADAD mit einem Radar kombiniert wurde. Beide Sensoren orteten Ziele unabhängig voneinander, die Tracks wurden durch Sensorfusion kombiniert. Bei Tests konnten der IRST/IRST-Verbund anfliegende Helikopter erfolgreich orten, sowie die Flugbahn von drei Flugzeugen im Raum nachzeichnen. Durch die hohe Auflösung verglichen mit Radar war die Positionsbestimmung präziser. Die IRST/Radar-Fusion wurde gegen Helikopter getestet, dabei erwies sich die Zielverfolgung als robuster, und die Elevationsbestimmung als präziser. Die Software zur Sensorfusion war damals noch im Prototypenstadium, sodass Ziele verloren gingen, wenn nur ein Sensor sie erfasste.

Integration und Auslieferung

Typhoon mit PIRATE

Für den PIRATE des Eurofighters wurde im nächsten Schritt das Hauptaugenmerk auf eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Detektors gelegt, und der Infrarotsensor zum Einsatz aus der Bewegung heraus fit gemacht. Die gesteigerte Empfindlichkeit und Auflösung soll helfen, UAVs und Marschflugkörper auf größere Entfernung und bei verschiedenen Wetterbedingungen zu orten. Zusätzlich wurden weitere Scantechniken eingefügt, zum Beispiel das Abtasten eines weiten Feldes, um bei Entdeckung auf ein schmales, präziseres Suchfeld für die Feuerleitung zu wechseln. Eine abbildende Darstellung des Ziels zur Identifikation wurde ebenfalls eingerüstet. Ab dem Jahr 2000 wurde die Plot-Fusion als zukünftige Leistungssteigerung angegangen: Oft existiert ein Ziel schon als Plot, bevor es zum Track hochgestuft wird, und auf dem Display dargestellt wird. Plot-Fusion ermöglicht es die Entdeckungsschwelle zu senken, und damit die Sensorreichweite weiter zu steigern. Dazu ist allerdings viel Rechenleistung, und eine hohe Datenübertragungsrate erforderlich. Letztlich wurde die Plotfusion über das Attack and Identification System (AIS) des Typhoon realisiert, sodass Mehrfachplots von verschiedenen Sensoren von einem Ziel zu einem Track zusammengefasst werden.

1998 wurde Pilkington Optronics von Thomson-CSF geschluckt, die später in Thales Group umbenannt wurde, und die Stelle von FIAR wurde in der Zwischenzeit von SELEX Galileo eingenommen. Spaniens Eurotronica wurde durch Tecnobit ersetzt. Im Sommer 2000 wurde das PIRATE-System erstmals in den veröffentlichten Spezifikationen des Eurofighters erwähnt. Im Juni 2002 fanden Luft-Boden-Tests mit PIRATE statt. Dazu wurde DA7 und eine modifizierte Dassault Falcon 20 verwendet. Der Eurofighter Typhoon sollte zu dieser Zeit bereits in Produktion gehen, dies verzögerte sich jedoch bis 2003. Die Auslieferung des PIRATE sollte parallel dazu beginnen. Dieser Termin konnte aber auch nicht eingehalten werden, der erste PIRATE-Sensor wurde schließlich am 2. August 2007 in einem Tranche-1-Block-5-Flugzeug an die Aeronautica Militare ausgeliefert.

Überblick

OLS-27 einer SU-27UB

Der Einbau von IRST-Systemen in Kampfflugzeuge hat eine lange Tradition: Bereits Flugzeuge der Century-Reihe wie die Convair F-102 waren mit einem Infrarotsensor ausgerüstet. Damalige Sensoren wie der AN/AAA-4 der F-4 Phantom II bestanden nur aus einem Pixel, wobei der Sektor mechanisch abgetastet wurde. Das Scanbild wurde dem Piloten als C-Scope dargestellt, und die Reichweite war vernachlässigbar. Das System wurde deshalb schnell durch das Radar-Peilgerät AN/APR-25 ersetzt. Erst mit erscheinen der MiG-29 und Su-27 wurden mit dem OLS-29 bzw. OLS-27 brauchbare Systeme mit akzeptabler Ortungsreichweite auf Flugzeuge montiert. Das C-Scope wird bei diesen Maschinen auf das Head-up-Display projiziert; wenn der Pilot ein Ziel aufschaltet, wird die Entfernung mit einem Laser gemessen, sodass eine Feuerleitung von Lenkwaffen möglich ist. Eine Identifizierung ist damit aber nicht möglich. Moderne Systeme wie der Optronique Secteur Frontal (OSF) der Rafale arbeiten nach dem gleichen Prinzip, verfügen aber über ein empfindlicheres Detektorarray, was größere Reichweiten im BVR-Gefecht und eine visuelle Identifizierung ermöglicht. Da PIRATE die Entfernung von mehreren Zielen rein passiv bestimmen kann, dürfte auch die gleichzeitige Lenkung vom mehreren Flugkörpern auf unterschiedliche Ziele möglich sein.

Der Hersteller macht kein Geheimnis daraus, dass das System explizit zur Ortung von LO-Fluggeräten, und zur Neutralisierung von Störsendern entwickelt wurde. Um Infrarottarnmaßnahmen zu unterlaufen sucht PIRATE nicht direkt nach Wärme, sondern nach Veränderungen im Hintergrundclutter. Ein Ziel, das seine Wärmeabstrahlung unterdrückt würde somit als „Schwarzes Loch“ gegenüber dem natürlichen Hintergrund erscheinen, und wäre damit besser ortbar. Die einzige Möglichkeit unentdeckt zu bleiben wäre, dieselbe Infrarotabstrahlung wie der Hintergrund auszusenden, der durch das Fluggerät verdeckt wird, war praktisch unmöglich ist. Selbst wenn es die Möglichkeit gäbe die IR-Signatur eines Fluggerätes anzupassen, wäre nicht klar an welchen Hintergrund sich die Signatur anpassen müsste, da die Position des IRST unbekannt ist, und somit auch das Hintergrundbild, das dieses sieht.

Das Hauptproblem sind heute aber eher Störsender. Durch die Mitnahme von Störpods wie dem AN/ALQ-131 können die kleinen Kampfflugzeugradare der Gegenseite praktisch neutralisiert werden. Diese Erfahrung mussten nicht nur die serbischen MiG-29 bei der Operation Allied Force machen, sondern 2008 auch die amerikanischen F-15 bei der Manöverübung Red Flag, als indische MiG-21 mit modernen israelischen Störpods die AESA-Radare der F-15C neutralisieren konnten. Folglich werden alle modernen Kampfflugzeuge mit IRST ausgerüstet, und bestehende Modelle wie die F-16E/F oder F/A-18E/F nachgerüstet.

Technik

Allgemein

Sensor

PIRATE ist ein passiver, drehbarer, gekühlter Infrarotsensor mit hoher Auflösung, was auch als abbildendes Infrarot bezeichnet wird. Er basiert auf dem ADAD, ist aber eine weitgehende Neuentwicklung. Die von außen sichtbare Kuppel ist nur der azimutal drehbare Sensorkopf, welcher den kippbaren Spiegel enthält. Beide Elemente sind stabilisiert, der maximale Azimut- und Elevationsbereich beträgt vermutlich 150° × 60°. Die Infrarotstrahlung trifft von außen auf den Spiegel, und wird von ihm direkt nach unten weitergeleitet. Dort wird ein Teleskop mit zwei Vergrößerungsmöglichkeiten passiert, um das Sichtfeld anzupassen (engl. low/high magnification). Anschließend wird der Strahl um 90° nach hinten umgelenkt, und trifft auf den Detektor.

Das lange, lineare Detektorarray mit 768 Channels und acht TDI-Ausleseschaltungen wurde für den Eurofighter neu entwickelt. Die Time delay and integration (TDI) verbessert dabei das Signal-Rausch-Verhältnis. Der Quecksilber-Cadmium-Tellurid (CMT) Quantendetektor, dessen Pixelzahl etwa 760 x 10 beträgt, soll gemäß älteren Veröffentlichungen (2002 bzw. 2006) in den Wellenlängen von 3–5 µm und von 8–12 µm bzw. 8–11 µm arbeiten. In einer wissenschaftlichen Publikation von 2008 ist von einem CMT mit 3–5 µm und 8–14 µm die Rede, und eine Publikation der RAND Corporation im gleichen Jahr nennt einen Quantentopf-Infrarot-Photodetektor als CCD. Der Detektor ist direkt auf einen CMOS geklebt. Die dort befindlichen ASICs arbeiten im Multiplexverfahren und sind in einem Dewargefäß untergebracht, welches von einem Motor mit Hilfe eines Stirling-Kreisprozesses auf einer kryogenen Betriebstemperatur von 77 K gehalten wird. Von außen ist nur der kleinste Teil des Sensors sichtbar, das meiste Volumen befindet sich vor dem Cockpit. Der tropfenförmige Sensorkopf enthält dabei Spiegel, Teleskop, Detektorfeld und Kühler, während der Raum vor dem Cockpit ein Line Replaceable Item (LRI) enthält, welches die Signalverarbeitung übernimmt.

Die Datenverarbeitung ist dabei von besonderer Herausforderung, da diese eine sehr hohe Rechenleistung und viel Arbeitsspeicher erfordert, um die Front-End-Datenübertragungsrate von 24 Millionen Pixel pro Sekunde zu verkraften. Die Datenverarbeitung wurde in ADA programmiert, und besteht aus mehr als 400.000 Zeilen Code. In der Postproduktion werden Clutter (z.B. Wolken), das Rauschen durch die fluktuierende atmosphärische Durchlässigkeit und Falschziele (z.B. Vögel) entfernt. Der PIRATE-Infrarotsensor arbeitet dabei wie ein Radar im Track-while-scan-Modus mit Look-up- bzw. Look-down-Fähigkeit, nur ohne dabei Emissionen auszusenden. Dabei ist es möglich rein passiv die Entfernung zu bestimmen, das Ziel zu identifizieren und zu priorisieren. Zur Entfernungsbestimmung von Zielen wird sequentielle Triangulation eingesetzt. Denkbar ist zusätzlich ein Abgleich von Abbildungsgröße, Zoomstärke, Wetterverhältnissen und Emissivität des Ziels mit einer digitalen Bildbibliothek, um die Entfernung und Identität abzuschätzen. PIRATE kann bis zu 200 Ziele gleichzeitig verfolgen, mit einer Winkelpräzision von 0,25 µrad (0,0143°). Die am höchsten priorisierten Ziele werden zur Sensorfusion über einen optischen Datenbus nach STANAG 3910 mit bis zu 1.000 Mbit/s an das Attack and Identification System (AIS) weitergesendet.

Signalverarbeitung

Durch den Wunsch BVR-Gefechte mit dem IRST auszutragen, ist eine möglichst hohe Auflösung und große Blende erforderlich. Da beides in der Praxis begrenzt ist, und der Scanbereich eine bestimmte Größe nicht unterschreiten soll, müssen Luftziele auf große Entfernung im Subpixel-Bereich geortet werden. Das Signal des Ziels wird deshalb immer mit Zufallsrauschen und Clutter „verunreinigt“ sein. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis einen bestimmten Wert übersteigt, wird der Pixelpunkt zum Ziel erklärt. Um die Falschalarmrate zu begrenzen wird davon ausgegangen, dass das Ziel unter den „heißesten“ Objekten am Himmel ist. Ein zweidimensionaler Optimalfilter verwirft Flächenziele, und optimiert das Signal-Rausch-Verhältnis des Punktzieles. Da der Hintergrund stark strukturiert ist, wird der Filter lokal adaptiv angepasst. Nach dem ersten Scandurchgang wird das (mögliche) Ziel korreliert. Dabei wird ausgenutzt, dass ein echtes Ziel räumlich konsistent ist, was bei Zufallsrauschen nicht der Fall ist. Ferner wird untersucht, ob der neue Kontakt zu einem bereits georteten Ziel gehört, und das Trackfile aktualisiert. Bei dicht gepackten Zielwolken kann die Zuordnung schwerfallen, da ein Kontakt auch zwischen zwei Tracks liegen könnte. Zu diesem Zweck wird das Bayestheorem angewendet, um Konflikte durch spätere Messungen (also Scandurchgänge) aufzulösen. Dazu wird Reid's Algorithmus des Multiple Hypothesis Tracking (MHT) angewendet. Dabei wird zu jedem Kontakt ein Hypothesenbaum aufgestellt, indem die Lösungen "Falschalarm", "Erste Ortung von neuem Track" und "Ortung gehört zu Track Nr. X" eingetragen werden. Mit jedem Scandurchgang und Kontakt verästelt sich der Hypothesenbaum weiter, sodass der Computer schnell überlastet wäre. Das Problem verschärft sich, da aufgrund der gewünscht hohen Ortungsreichweite das Signal-Rausch-Verhältnis sehr niedrig ist, und somit eine Menge Falschziele das System belasten. Um Hypothesen zu entfernen, wird Gating eingesetzt. Bei großen Zielentfernungen wird die Lateralbewegung beispielsweise vernachlässigbar sein, also können alle Hypothesen die darauf aufbauen eliminiert werden. Gleichzeitig wird die Wahrscheinlichkeit jeder Hypothese errechnet, indem ein 7 × 7 Pixelgate auf jeden Kontakt gelegt wird, in dem jeder Pixelpunkt gemäß einer Gauß-Funktion gewichtet wird. Da die Rechenleistung von PIRATE beschränkt ist, kann der Prozess nicht im gesamten Sichtfeld des Sensors angewendet werden.

Ist das Ziel näher und manövriert, werden konventionelle Tracking Gates angewendet. Um die Zielverfolgung zu verbessern und Falschzuweisungen zu vermeiden wird die Kinematik des Ziels, genauer seine Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für die Zielprognose verwendet. Dazu werden alle Daten aus der Track-Geschichte berücksichtigt, aber mit exponentieller Vergesslichkeit, aktuelle Daten werden also höher gewichtet als frühere. Dazu wird ein Kalman-Filter eingesetzt, und mit jedem Scandurchgang ein Bewegungsvektor erstellt. Um die Performance zu verbessern, wird eine Clutterkarte des Zielgebietes (also innerhalb des Gates) erstellt, mithilfe derer die Verschiebung des Sichtfeldes elektronisch korrigiert werden kann. Dadurch kann die Sichtlinie im Subpixelbereich stabilisiert werden, sodass der zukünftige Kontakt beim nächsten Scandurchgang an neun möglichen Pixelpositionen (Ursprungsposition und direkt daneben) erwartet wird. Diese Methode kann auch verwendet werden, um eine Erstortung zu verifizieren, da das Signal-Rausch-Verhältnis abgesenkt werden kann, was die Ortungsreichweite fast verdoppelt. Dieses Konzept, was dem Track-before-detect bei Radaren ähnelt, erfordert aber eine starke Steigerung der Rechenleistung.

Auf mittlere Entfernung besteht das Ziel aus einer Ansammlung von Pixeln, was neue Methoden zur Ortung und Zielverfolgung erfordert. Ein Algorithmus sucht nun nach den Ecken eines beweglichen Objektes, um diese mit Closed Contour Processing logisch zu verbinden. Da die Ecken nicht immer anecken, werden diese durch den Algorithmus verbunden, wenn Richtung, Intensität und Form zusammen passen. Die Kanten selbst werden durch eine 3 × 3 Pixelmaske in dem Videobild als Diskontinuität erkannt. Die Eckpunkte werden in einem zweidimensionalen Zahlenarray abgespeichert, welches sich ändert, wenn das Ziel manövriert. Da Wolken, Sonne und Gelände ebenfalls geschlossene Konturen aufweisen, wird eine Clutterkarte des gesamten Sichtfeldes erstellt, genannt Model of the World. Dabei wird die Szene in Objekte eingeteilt, welche analysiert, kategorisiert und verfolgt werden. Dieser Prozess läuft kontinuierlich ab, und benötigt einen Großteil der Rechenleistung des Systems. Neue Objekte in der Szene werden über Verknüpfungsregeln in Kontext zu bereits vorhandenen Objekten gesetzt. Streamingvektoren werden benutzt, um die Distanz zu Objekten und ihre Bewegungsrichtung darzustellen. Dieses kontinuierlich aktualisierte Weltmodell dient als Clutterkarte, deren zugehörigen Objekte nicht als Ziele angesehen werden. Alle neuen Ortungen werden mit der Clutterkarte verglichen, ob diese zu einem Objekt im Weltmodell gehören, oder eine neue Entität darstellen. Da die Karte mit jedem Scandurchgang aktualisiert wird und sich das Flugzeug bewegt, müssen die Koordinaten des Weltmodells kontinuierlich angepasst werden, da sich der Blickwinkel des Sensors ändert. Der ganze Prozess erfordert brutale Rechenleistung, besonders bei schnellen Szenewechseln, weswegen dies früher nur bei stationären Anlagen wie dem ADAD möglich war. Das Weltmodell kann verfeinert werden wenn das EuroRADAR CAPTOR zur Verfügung steht, um die Raumtiefe zu bestimmen.

Neue Objekte mit geschlossenen Konturen werden mit der Clutterkarte verglichen, und entweder dem Hintergrund, oder einer Zielkategorie zugewiesen. Gleichzeitig wird bei bewegten Zielen überprüft, ob diese auf ihrem Weg durch das Weltmodell durch den Hintergrund verdeckt werden könnten. Da die Entfernungsmessung nicht präzise genug ist um "davor" oder "dahinter" zu bestimmen, wird schlicht erwartet, dass ein Objekt verschwindet, wenn zwei sich nahe kommen. Da die Abmessungen des verdeckenden Objektes im Weltmodell bekannt sind kann prognostiziert werden, wo das Ziel wieder zum Vorschein kommen wird, um wieder erfasst zu werden. Das Verfahren wird auch verwendet um nach „Pop-up-Zielen“ Ausschau zu halten, und diese schnell zu kategorisieren.

Bei einer Entfernung von 2 km bis unter 200 m sind die Ziele so groß, das diese das Sichtfeld des Sensors überdecken. Bereits bei den ADAD-Versuchen wurde festgestellt, das in diesem Entfernungsbereich ein anderes Verfahren zur Zielverfolgung eingesetzt werden muss. Um trotzdem die Zielverfolgung zu gewährleisten, wird Bildkorrelation angewand. Dabei wird ein bestimmtes Feature des Ziels, zb. das Cockpit erfasst und verfolgt. Bei nachfolgenden Scandurchgängen wird der Ausschnitt des Zielvideos mit neuen Bildern des Ziels korreliert. Diese neue Position wird dann zum Aktualisieren des Tracks verwendet. Das Bild des Haltepunktes wird periodisch erneuert. Der Modus kann auch verwendet werden, um Waffen wie IRIS-T auf spezielle Bauteile des Ziels einzuweisen.

1996 wurde für zukünftige Kampfwertsteigerungen angedacht, das Bild des Zieles detaillierter zu analysieren, um seine Bewegungsrichtung abschätzen zu können, und bevorstehende Kursänderungen zu erkennen. Die Identifizierung von Zielen dürfte erst auf mittlere Entfernung möglich sein. Denkbar ist, dass ein Algorithmus das Zahlenarray des Closed Contour Processing mit einer Datenbank abgleicht oder Bildkorrelation anwendet, um Ziele anhand ihrer Form zu identifizieren. Details dazu liegen leider nicht vor.

Betriebsmodi

B-Scope von PIRATE. Eine gegnerische Maschine (rot) in 35 nm in 3000 ft Höhe, und eine Gruppe unbekannter Kontakte (gelb) in etwa 50 nm und 1000 ft Höhe. Das graue Ziel kommt über den Datenlink.

Standardmäßig dient PIRATE im vorderen Sektor des Eurofighters auch als passiver Raketenwarner. Zusätzlich stehen folgende Betriebsmodi zur Verfügung, welche sowohl in der Luft-Luft als auch in der Luft-Boden-Rolle verwendet werden können:

• Slaved Aquisition (SACQ): PIRATE schaltet sich auf ein Ziel, dessen Position über das MIDS zum Typhoon gesendet wurde. Wird das Ziel gefunden, wechselt er automatisch in den STT- oder STTI-Modus.
• Sector Aquisition: PIRATE und CAPTOR suchen gemeinsam nach Zielen in einem Sektor. Damit kann die IRST/Radar-Sensorfusion im AIS optimiert werden, und das Weltmodell verfeinert werden.

• Single Target Track (STT): In diesem Modus verfolgt PIRATE ein Ziel mit hoher Präzision und Aktualisierungsrate, z.B. für die Feuerleitung.
• Single Target Track Ident (STTI): In diesem Modus kann das Ziel auch vom Piloten visuell auf dem MHDD identifiziert werden, die Auflösung pro Pixelpunkt ist besser als beim EuroRADAR CAPTOR.

• Multiple Target Track (MTT): Der Raum vor dem Flugzeug wird nach möglichen Zielen in der Luft und auf dem Boden abgesucht. Es können bis zu 200 Ziele gleichzeitig verfolgt werden, auch als Track While Scan – IRST mode bezeichnet. Bei mehreren Zielen findet eine automatische Prioritätenreihung statt. Wie in der Ausschreibung verlangt, kann die Darstellung wie auf einem Radarschirm erfolgen.
• Steerable IR Picture on Helmet (SIRPH): Der IRST-Sensor wird mit der Kopfbewegung des Piloten gekoppelt. Der Sensor schaut dann dorthin wo der Pilot hinsieht, das FLIR-Bild wird auf das Helmdisplay projiziert. Das Sichtfeld ist dabei mit dem des HUD identisch, also 35 × 25°. Dieser Modus dient als Nachtflug-, Angriffs- und Landehilfe. In dem Modus kann der Pilot auch ein Zielgebiet im HUD absuchen lassen. Wird ein Ziel gefunden, schaltet der Sensor auf.

Reichweite

Die Reichweite von PIRATE ist ein gut gehütetes Geheimnis des Herstellerkonsortiums, sodass nur die Aussagen dritter vorliegen. Gemäß Truppendienst liegt die Reichweite des Systems zwischen 50 und 80 Kilometern, könnte aber bis zu 150 Kilometern betragen. Die Zielidentifizierung soll aus mehr als 40 Kilometern möglich sein. Ein Fachbuch von 2006 nennt 40 nm (72 km) Reichweite, und die RAND Corporation 50 nm (90 km) im Jahr 2008. Allerdings beeinflusst die Wetterlage die Leistung der infrarotgestützten Zielsuche und Zielverfolgung erheblich. Ferner kann durch die unterschiedlichen Angaben in der Fachliteratur (z.B. International Society for Optical Engineering) vor und nach 2007 geschlossen werden, das der CCD vor der Serienfertigung von PIRATE geändert, oder zumindest modifiziert wurde.

Im Folgenden ist eine kleine Übersichtstabelle dargestellt, welche die angegebenen Ortungsreichweiten des OLS-35 und die Literaturangaben zu PIRATE vergleicht. Da die Infrarotabstrahlung der Zieltypen identisch ist, ändert sich das Verhältnis der Ortungsreichweiten nicht. Somit kann die Ortungsreichweite errechnet werden, wenn nur von einem Zieltyp die Distanz angegeben wird. Der Start eines Flugkörpers ist dabei am weitesten erkennbar, da die Abgasfahne des Raketentriebwerks fast 1000°C erreicht, und ein Mach-4-schneller Flugkörper eine Temperatur von 650°C (1200 °F) im Staupunkt erreicht. Ein Überschallziel mit Mach 1,7 erreicht immerhin noch 87°C (188°F). Der OLS-35 ist beispielsweise in der Lage, die effektive Reichweite einer AA-12 Adder voll zu nutzen, und gleichzeitig jeden Beschuss durch AIM-120A/B innerhalb deren effektiven Reichweite zu erkennen. PIRATE kann etwa eine AIM-120C-5/7 voll nutzen, und reichweitengesteigerte AA-10 Alamo und AA-12 Adder beim Abschuss erkennen.

Referenz	Unterschallziel (vorne)	Unterschallziel (hinten)	Überschallziel1 (vorne)	Start einer AMRAAM	Flug einer AMRAAM bei Mach 4
RAND Corporation, 2008 (OLS-35)	50 km (27 nm)	90 km (50 nm)	54 km (30 nm)	90+ km (50+ nm)	81+ km (45+ nm)
Military Avionics Systems, 2006 (PIRATE)	72 km (40 nm)	130 km (72 nm)	78 km (43 nm)	130+ km (72+ nm)	117+ km (65 nm)
RAND Corporation, 2008 (PIRATE)	90 km (50 nm)	163 km (90 nm)	98 km (54 nm)	163+ km (90+ nm)	146+ km (81 nm)

¹ Bei Mach 1,7

Weblinks

• Youtube: Thales UK | Air Group | PIRATE Video des Herstellerkonsortiums