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Radarsignatur

Bild 1: Die effektive Rückstrahlfläche ist nur eine aspektabhängige Amplitudenänderung. Sie reicht als Radarsignatur allein nicht aus.

Die Grafik zeigt das Sekundärstrahlungsdiagramm eines Flugzeuges im Polarkoordinatensystem. Das Diagramm besteht aus einer chaotisch anmutenden dichten Folge von Maxima und Minima der Sekundärstrahlung rings um ein im Zentrum des Polarkoordinatensystems stilisiert gezeichnetes Flugzeug.

Bild 1: Die effektive Rückstrahlfläche ist nur eine aspektabhängige Amplitudenänderung. Sie reicht als Radarsignatur allein nicht aus.

Definition: Radarsignatur

Radarsignatur

Eine Radarsignatur besteht aus der Information über charakteristische Echosignale eines reflektierenden Objektes (Ziel). Sie ist wie ein Fingerabdruck eine Möglichkeit, den Typ oder wenigstens die Art des Ziels zu bestimmen.

Die Radarsignatur betrifft nicht nur die aspektabhängigen Amplitudenänderungen der effektiven Rückstrahlfläche (siehe Radar cross section), sondern besonders auch das Spektrum der Dopplerfrequenzen[1], deren charakteristische Modulation oder Oberwellen im Echosignal. Die Radarsignatur enthält zwar auch die Information über die effektive Reflexionsfläche des Ziels, ist aber nicht mit ihr gleichzusetzen. Radarsignaturen werden empirisch ermittelt und in Datenbanken gesammelt. Sie spielen eine große Rolle für die Zielcharakterisierung vor allem in militärischen Radargeräten.

Bild 2: Jet-Engine-Modulation eines Propellerflugzeuges und von einem Windkraftwerk

Bild 2: Jet-Engine-Modulation eines Propellerflugzeuges und von einem Windkraftwerk

Effektive Rückstrahlfläche

Die effektive Rückstrahlfläche (oder Reflexionsfläche) ist sehr stark abhängig davon, aus welcher Richtung das reflektierende Objekt durch das Radar angestrahlt wird. Signifikant sind hier charakteristische Änderungen, die auch Information darüber enthalten können, in welcher Fluglage relativ zum Radar sich das Ziel befindet. Für die Radarsignatur hat dieser Amplitudenwert meist nur eine referenzierende Funktion, das heißt, für die Messung des Amplitudenunterschiedes zwischen unmodulierten und modulierten Anteilen.

Eine Frequenzverschiebung durch die Radialgeschwindigkeit (Doppler-Effekt) muss herausgerechnet werden, um ein normiertes Signal zu erhalten, das mit den Datenbankeinträgen verglichen (korreliert) werden kann.

Jet Engine Modulation

Sehr viel wichtiger für die jeweilige Radarsignatur sind spezielle Doppler- Frequenzen durch am oder im Ziel bewegte Teile, zum Beispiel Rotorblätter oder Verdichterschaufeln der Triebwerke, die diesen Modulationen auch ihren Namen gegeben haben: Jet Engine Modulation (JEM). Diese Doppler-Frequenzen sind abhängig von der Anzahl der Teile und deren Drehgeschwindigkeit. Durch die Drehbewegung verändern diese Teile ständig die momentane Radialgeschwindigkeit im Bezug zum Radar und werden in bestimmten Winkeln der Eigendrehung verdeckt. Sie ergeben damit ein charakteristisches Muster von Doppler-Frequenzen. Wie ein Fingerabdruck können diese zur Identifikation des Flugzeugtyps verwendet werden. Dazu müssen aber alle Doppler-Frequenzen gemessen und mit dem Abbild in der Datenbank korreliert werden.

Oberwellen

Wenn der Sendeimpuls des Radars auf eine Grenzschicht im Material trifft, welche eine nichtlineare Kennlinie ähnlich einer Diode aufweist, entstehen Oberwellen im Echosignal. Für militärische Anwendungen hat dieser Effekt eine eher geringe Bedeutung, da die Hersteller von Flugzeugen schon darauf achten, dass solche Grenzschichten nicht auftreten. Für den Empfang dieser Oberwellen wird ein extrem breitbandiger Empfänger benötigt, welcher für den Störschutz des Radars hinderlich wird.

Für eine andere Anwendung haben diese Oberwellen eine entscheidende Bedeutung: das sogenannte Harmonische Radar. Dieses wird zum Beispiel in der Bergrettung eingesetzt, um durch Lawinen verschüttete Personen aufzufinden. Die Oberwellen entstehen hier an einem kleinen Dipol mit einer Halbleiterdiode zwischen beiden Dipolhälften. Dieser Dipol kann Teil eines speziellen Skipasses sein. Durch die Hersteller von Spezialbekleidung für Skisport oder Bergwanderungen können solche Reflektoren auch gezielt in die Wäsche eingearbeitet werden. Das Radar kann nun die Radarsignaturen von dem passiven Echosignal zum Beispiel eines Felsens und einer verschütteten regungslosen Person sehr gut unterscheiden.

Referenzen:

  1. G. Raju: ''Radar engineering and fundamentals of navigational aids'' New Delhi: I K International Publishing House, 2010., ISBN 9788190694216 (online preview)