Grundlagen der Radartechnik

Stepped chirp waveform

Die Stepped chirp waveform ist ein neuartiges Konzept zur Verbesserung der Entfernungsauflösung eines vorhandenen Pulskompressionsradars. Diese Technik ist ideal geeignet für das Erzielen einer hohen Entfernungsauflösung in einem Radarsystem, welches eine begrenzte wirksame Bandbreite hat (zum Beispiel durch zugewiesene Grenzen innerhalb eines Frequenzbandes), der Sender jedoch über eine viel größere abstimmbare Bandbreite verfügt. Diese Situation ist genau dann der Fall, wenn sich viele Radargeräte gleichen Typs ein Frequenzband untereinander aufteilen müssen, damit gegenseitige Störungen minimiert werden.

In einem Pulskompressionsradar ist die Senderbandbreite ein Maß für die Entfernungsauflösung. Die Entfernungsauflösung eines Radars ist umgekehrt proportional zu seiner Senderbandbreite. Bei der Stepped chirp waveform wird die volle Bandbreite des linear frequenzmodulierten (LFM) Impulses, dem sogenannten „Chirp“, in eine Folge von schmalbandigen Sub-Chirps unterteilt, die sich auch in der Frequenz überlappen können.

Wenn jedoch das Frequenzband des Sendesignals in Teilimpulse mit einer kleineren Bandbreite unterteilt ist und die empfangenen Echosignale richtig zu der jeweiligen Trägerfrequenz zugeordnet werden können, dann hat das zusammengesetzte Signal effektiv eine erhöhte Bandbreite (aus der Summe der Einzelbandbreiten). Somit wird eine wesentliche Verbesserung der Entfernungsauflösung erreicht. Da der Empfänger während der jeweiligen Empfangszeit nur in der schmalen Bandbreite empfangen muss, wird gleichzeitig eine erhöhte Störfestigkeit erzielt und gegenseitige Störungen durch andere Radargeräte im gleichen Frequenzband werden minimiert.

Das Radar sendet und empfängt auf nur einer Frequenz zur gleichen Zeit. Sowohl Senderbandbreite als auch Empfangsfrequenz und Empfängerbandbreite sind dann nur auf das schmale Frequenzband abgestimmt. Vor jeder Frequenzänderung werden Sender und Empfänger auf die neue Sub-Frequenz umgestimmt. Die Sub-Frequenzbänder müssen nicht in der Reihenfolge ihrer Frequenz abgearbeitet werden. Es ist zum Beispiel auch eine Folge von Frequenzen möglich, die durch den Costas Code bestimmt wird. Dies erhöht jedoch die Komplexität der Radarsignalverarbeitung.

Praktisch könnte ein bestehendes Impulsradar wie etwa das ASR-E  nur mittels Softwareänderung die stepped chirp waveform einsetzen und damit die Entfernungsauflösung wesentlich verbessern. In der Praxis würde das aber durch die Zeitbilanz Nachteile bringen. Denn ein wesentlicher Nachteil der stepped chirp waveform ist, dass erst alle Frequenzen empfangen und verarbeitet werden müssen, bevor die jeweilige Range Bin dargestellt werden kann.