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Azimutauflösung

Bild 1: Der Abstand SA ist entfernungsabhängig

Bild 1: Der Abstand SA ist entfernungsabhängig

Bild 1: Der Abstand SA ist entfernungsabhängig

Azimutauflösung

Die Azimutauflösung gibt bei Zielen mit gleicher Entfernung zur Antenne an, welchen Mindestabstand die Ziele tangential zueinander haben müssen, damit sie durch das Radar unterschieden und als zwei verschiedene Zielzeichen dargestellt werden können. Maßgebend für die Azimutauflösung ist der Öffnungswinkel oder die Halbwertsbreite Θ der Antenne. Im Gegensatz zur Entfernungsauflösung ist die Azimutauflösung zusätzlich noch entfernungsabhängig.

Grundsätzlich gilt, dass bei Zielen mit gleichem Abstand zur Antenne keine Zieltrennung erfolgt, wenn beide Ziele gleichzeitig von der Radarkeule erfasst werden. Der formelmäßige Zusammenhang lässt sich gemäß der einfachen Winkelfunktion wie folgt darstellen:

SA ≥ 2R · sin Θ mit Θ = Öffnungswinkel der Hauptkeule (Theta)
SA = Azimutauflösung
R = Schrägentfernung Ziel - Antenne [m]
(1)

2

Die Azimutauflösung an einem analogen PPI Sichtgerät ist in der Praxis eher abhängig davon, ob der Bediener erkennt, dass in dem Zielzeichen zwei Flugzeuge enthalten sind. Systeme mit digitaler Zielerkennung können die Azimutauflösung verbessern, weil sie die einzelnen Zielamplituden miteinander vergleichen.

Die Halbwertsbreite einer Radarantenne ist, wenn sie nicht bekannt ist, auch für Außenstehende leicht abzuschätzen. Für eine Überschlagsrechnung kann einfach das Verhältnis der Wellenlänge zur Antennengröße verwendet werden.

Für das Flugsicherungsradar ASR-910 ist der Frequenzbereich von 2700 bis 2900 MHz gegeben, das entspricht einer Wellenlänge von etwa 11 cm. (Meist entspricht das auch ungefähr 4/3 der Breite der Hohlleiter zu dem Antennenstrahlern.)
Der Parabolspiegel ist grob geschätzt etwa 4 m breit.

sin Θ ≈ λ mit λ = 4/3 der ungefähren Breite der Speisehohlleiter
d = ungefähre Breite des Reflektors
(2)

d

Das Verhältnis beider Größen ist dann etwa 0,03. Nach Gleichung (2) ergibt sin-1(0,03) eine Halbwertsbreite (bzw. einen Öffnungswinkel) von 1,72°. Im Vergleich zu den Herstellerangaben (1,55°) ist das schon eine sehr gute Näherung. Dieser geschätzte Wert als Grundlage für die Berechnung der Azimutauflösung ergibt in einer Entfernung von 30 km einen notwendigen Zielabstand von 900 m mit einem Schätzfehler von hier etwa 10%.

Bei 3D-Radargeräten kann auch ein Auflösungsvermögen im Höhenwinkel gemessen werden. Hier ist das gleiche Verfahren wie bei der Azimutauflösung anwendbar, als Θ wird dann der vertikale Öffnungswinkel verwendet.

Winkelauflösung mit FMCW-Radar

Bild 1:

Bild 1:

Bild 2: Einfluss des Abstandes auf die Winkelauflösung

Auf kurze Entfernungen sind mit einem FMCW-Radar extreme Genauigkeiten mit geringem Aufwand möglich. Daher werden solche Radargeräte gern genutzt, um zum Beispiel im Straßenverkehr Geschwindigkeiten zu kontrollieren. Die Winkelauflösung wird nach Gleichung (1) ausschließlich durch die Halbwertsbreite Θ der Antenne und deren Abstand R zum Messobjekt bestimmt.

Ein Problem bei Radargeräten ist, die gemessenen Werte einem gegebenen reflektierenden Objekt auch eindeutig zuzuordnen. Abhängig von der Modulationsart dieser FMCW-Radargeräte ist eine Trennung von zwei gleichzeitig reflektierenden Objekten oft nicht möglich. Ist der Abstand zum Messobjekt groß, dann verbreitert sich das Antennendiagramm und verschlechtert die Winkelauflösung. In diesem Fall muss dann die Messung verworfen werden. Bei diesem Einsatz kann durch möglichst geringem Abstand zum Straßenrand mögliche Messergebnisse verbessert werden. Manchmal verläuft zwischen Fahrbahn und Messaufbau noch ein Radweg und erzwingt so einen größeren Abstand. Dann sind Messungen nur möglich, wenn die Verkehrsdichte gering genug ist.