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Entfernungsauflösungsvermögen

Bild 1: Mindestabstand der Ziele in der Entfernung

Bild 1: Mindestabstand der Ziele in der Entfernung

Entfernungsauflösungsvermögen

Auflösungsvermögen ist die Fähigkeit eines Radargerätes, zwei nah beieinander befindliche Ziele auch als zwei verschiedene Objekte zu erkennen und darzustellen. Es wird unterschieden in eine radiale Auflösung (der Entfernungsauflösung) und in ein seiten- und höhenwinkelmäßiges Winkelauflösungsvermögen.

Das Entfernungsauflösungsvermögen eines Radargerätes ist dessen Fähigkeit, zwei Ziele, die sich im gleichen Seiten- und Höhenwinkel zum Radar befinden, auch als zwei Ziele darzustellen. Es ist abhängig von der entfernungsmäßigen Ausdehnung des Sendeimpulses. Die längenmäßige Ausdehnung L des Sendeimpulses ergibt sich aus der Gleichung L = c0 · τ. Sind zwei Ziele radial so nah hintereinander, dass deren Echosignale miteinander verschmelzen, so kann der Empfänger sie nicht mehr trennen und beide Ziele werden als ein Ziel auf dem Sichtgerät dargestellt. Bei der (radialen) Entfernungsauflösung handelt es sich um den Grenzfall, bei dem zwei Echosignale gerade noch als zwei Zielechos erkannt und verarbeitet werden.

Der minimale Zielabstand Sr (von engl.: Spacing, radial) ergibt sich aus den Größen Sendeimpulsdauer τ, Lichtgeschwindigkeit c0, und Faktor ½ (Hin- und Rückweg des Sendesignales):

Sr c0 · τ (1)

2

Obwohl Bild 1 die längenmäßige Ausdehnung des Sendeimpulses mit dem Zeitstrahl ins Verhältnis setzt, bitte daran denken, dass der Maßstab in einem Radargerät generell t ∼ 2·R beträgt. Die folgende Abbildung zeigt die einzelnen Reflexionsstufen des Sendeimpulses für den Fall, dass der Abstand der Ziele nicht ausreichend ist und die Echosisnale verschmelzen. Die Ausdehnung des Echosignals beträgt hier schon etwa 500 m!

Bild 2: Abstand der Ziele zu klein

Animation: Beide Antwortimpulse laufen ineinander und können nicht getrennt werden. Deshalb erscheint ein Zielzeichen aus zwei Zielen.
(click to enlarge: 800·320px = 122 kByte)

Bild 2: Abstand der Ziele zu klein

Für eine gute Entfernungsauflösung wird also ein möglichst kurzer Sendeimpuls gebraucht, der aber für gute Reichweiten eine extrem hohe Impulsleistung aufweisen muss.

Bild 3: Abstand der Ziele ausreichend

Animation: Zwei Ziele, der radiale Abstand von 200 m ist ausreichend, um mit einem Sendeimpuls von 1 µs auch als zwei Zielzeichen zu erkennen.
(click to enlarge: 800·320px = 128 kByte)

Bild 3: Abstand der Ziele ausreichend

Im Bild 3 ist der Abstand der Flugzeuge groß genug, um eindeutig zwei Echoimpulse zu erhalten.

Radargeräte mit Intrapulsmodulation

Bild 4: Diagramm der Entfernungsauflösung in Abhängigkeit von der Senderbandbreite

Bild 4: Diagramm der Entfernungsauflösung in Abhängigkeit von der Senderbandbreite

Bei Radargeräten mit Pulskompression wird die Entfernungsauflösung nicht mehr durch die Sendeimpulsdauer, sondern durch die Länge der Ausgangsimpulse nach der Pulskompression bestimmt. Diese ist abhängig von der Bandbreite BWtx des Sendeimpulses (und der folglich notwendigen mindestens gleich großen Empfängerbandbreite).

Sr c0 (2)

2 · BWtx

Somit erreichen diese Radargeräte eine sehr viel bessere Entfernungsauflösung trotz langer Sendeimpulse. Da das Rauschen nicht synchron zum Modulationsmuster sein kann, hat es geringeren Einfluss. Ein Echosignal kann dann noch erkannt werden, wenn es sehr viel kleiner als der Rauschpegel ist. Das heißt mit kleineren Impulsleistungen kann das Radar eine größere Entfernung abdecken. Eine höhere Bandbreite bedeutet, dass eine stärkere Pulskompression durchgeführt werden kann, der komprimierte Impuls also kürzer wird und das Entfernungsauflösungsvermögen sich somit verbessert. Bild 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Entfernungsauflösung und der Bandbreite. Eine Entfernungsauflösung von 1,5 m wird theoretisch mit einer Bandbreite von 100 MHz erreicht.