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Höhenbestimmung durch Mehrwegempfang

Bild 1: Möglichkeit der Höhenbestimmung durch Laufzeitunterschiede beim Multipathempfang

Höhenberechnung mittels der Reflektion an der Erdoberfläche (Reflexionskoeffizient = ρ)

Bild 1: Möglichkeit der Höhenbestimmung durch Laufzeitunterschiede beim Multipathempfang

Höhenbestimmung durch Mehrwegempfang

Bisher wurde die Höhe eines Zieles mit Hilfe von 3D- Radargeräten bestimmt, die entweder ein Antennendiagramm aus gestaffelten Einzeldiagrammen (stacked Beam) mit mehreren Empfangskanälen nutzten, oder die mit einem Pencil-Beam unterschiedliche Höhenwinkel abtasteten. 3D- Radargeräte sind weit verbreitet, obwohl sie gegenüber einem 2D- Radargerät etwa vier- bis zehnfache Kosten verursachen. Trotzdem hat ein 3D- Radargerät gerade in geringen Höhen eine sehr schlechte Genauigkeit wegen der laufzeitverlängernden Reflexion an der Erdoberfläche.

Eine Höhenberechnung, welche auf dem Laufzeitunterschied bei der Reflexion an der Erdoberfläche beruht, hat einige wesentliche Vorteile gegenüber dem klassischen 3D-Radar. Bei sehr kleinem Entfernungsauflösungsvermögen kann die Höhe direkt aus dem Laufzeitunterschied der direkten und der reflektierten Welle berechnet werden. Unter der Voraussetzung, dass ein ebenes Gelände vorliegt, ist die Zielhöhe proportional dem Laufzeitunterschied. Das Echo eines Zieles besteht aus vier Einzelkomponenten, die einen unterschiedlichen Weg zurückgelegt haben. Der erste und wichtigste Weg ist der direkte Weg von A nach B und zurück. Dieser Echoimpuls ist mit der 1  markiert. Die zweite Möglichkeit ist: auf dem Sendeweg unterliegt der Impuls einer Reflexion, der Empfangsweg ist direkt. Drittens der umgekehrte Weg mit der gleichen Länge wie der Fall 2. Beide Echos haben die gleiche Verzögerungszeit th und bilden den mittleren Impuls . Bei der vierten Möglichkeit wird sowohl auf dem Sendeweg als auch auf dem Empfangsweg der Umweg über die Reflexion genutzt. Dieser Impuls ist in der Grafik mit ρ² bezeichnet.) Der Laufzeitunterschied th zwischen den Echoimpulsen kann bestimmt werden nach:

th = 2ha · ht hier bedeuten   ha = Höhe der Radarantenne
ht = Höhe des Zieles
c = Ausbreitungsgeschwindigkeit
R = Schrägentfernung
(1)

c · R

Gemäß der Trigonometrie bestimmt das Verhältnis ht /R den Sinus des Höhenwinkels Θe des Flugzieles, somit ist

sin Θe = c · th hier bedeuten   Θe = gemessener Höhenwinkel
th = Laufzeitunterschied
(2)

2 ha
ht = c · R · th (3)

2 ha

Die Höhenberechnung mittels der Reflexion an der Erdoberfläche ist möglich wenn die Impulsdauer τ kleiner als der Laufzeitunterschied th ist. So ist zum Beispiel bei ha = 100 ft, ht = 10,000 ft, und R = 50 NM der Laufzeitunterschied th = 6.69 ns, welches eine Empfängerbandbreite von mindestens 149.5 MHz erfordert. Praktisch wird aber ein Radargerät benötigt, welches mittels des Pulskompressionsverfahrens eine Entfernungsauflösung von 1 m erreicht.