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Luftraumaufklärungsradar

Bild 1: Luftraumaufklärungsradar ASR-NG auf dem Testgelände der Firma Hensoldt Nähe Ulm
(© 2016 Hensoldt GmbH)

Bild 1: Luftraumaufklärungsradar ASR-NG auf dem Testgelände der Firma Hensoldt Nähe Ulm
(© 2016 Hensoldt GmbH)

Was ist eine ASR?

Luftraumaufklärungsradar

Inhaltsverzeichnis « Luftraumaufklärungsradar »
  1. Redundanz
  2. Technische Daten
  3. Angaben über die Flughöhe
  4. Elektronisches Kartenmaterial

Für ein Luftraumaufklärungsradar der Flugsicherung werden oft auch die englischen Bezeichnungen Air Surveillance Radar, ASR, oder seltener Terminal Area Radar, TAR verwendet. Es ist ein spezielles Primärradargerät mittlerer Reichweite, das auf Flugplätzen eingesetzt wird und dem Fluglotsen einen Überblick über alle in seinem Kontrollbereich stattfindenden Flugbewegungen bietet. Es arbeitet meist im Frequenzbereich von 2 700 bis 2 900 MHz (E-Band), da dieser Frequenzbereich nur einer geringen Dämpfung durch Absorption in starken Regengebieten unterliegt. Gleichzeitig ist dieser Frequenzbereich noch hoch genug, um stark bündelnde Antennen bei gleichzeitig relativ geringen Abmessungen und geringerem Gewicht einsetzen zu können.

Redundanz

Durch die Wichtigkeit der Funktion wird eine hohe Redundanz aller Baugruppen gefordert, so dass die Ausfallwahrscheinlichkeit sehr gering bleibt. Zusätzlich wird oft eine automatische Rekonfiguration organisiert, in dem die Einsatzbereitschaft der Baugruppen permanent überprüft wird. Im Fehlerfall werden neben den aktuell genutzten Baugruppen als Reserve bereitgehaltene Baugruppen automatisch in den Signalverarbeitungsweg geschaltet. Eine weitere Möglichkeit ist im Sender die Verwendung von einer Vielzahl gleicher Module, so dass bei Ausfall eines der Module das Radar weiterverwendet werden kann (Soft Error Management). Dieser Sender ist fehlertolerant und kann mehrere Ausfälle dieser Module ohne wesentlichen Reichweitenverlust verkraften (siehe Anwendung der Radargrundgleichung).

Diese Module können auch während des Betriebes selbst bei anliegenden Spannungen gewechselt werden. Aus diesem Grund verwendet ein Air Surveillance Radar in den meisten Fällen eine passive Antenne, denn bei einer sich drehenden aktiven Antenne könnte dieser Wechsel nur bei ausgeschalteter Antennendrehung vorgenommen werden. Bei einer passiven Antenne sind alle diese Module zugänglich, obwohl das Radar wenn auch mit leicht verringerter Leistung weiterarbeitet. Nachteil der passiven Antenne ist allerdings, dass auch die sehr schwachen Echosignale diesen starken Leitungsverlusten unterliegen, die durch die langen Hohlleiterverbindungen vom Sender/Empfänger bis zur Antenne entstehen.

Flugplätze mit sehr großem Flugverkehrsaufkommen wie zum Beispiel der Flugplatz München „Franz Josef Strauß“ (ICAO-Code: EDDM) verfügen sogar über zwei unabhängige Luftraumaufklärungsradargeräte. Einerseits auch aus Gründen der Redundanz, andererseits aber auch wegen der gegenseitigen Überdeckung des Toten Trichters, der sonst eine Lücke in der Aufklärung genau über dem Radarstandort bedeuten würde.

Technische Daten

Für die technischen Daten eines Luftraumaufklärungsradar gibt es verbindliche Empfehlungen der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) sowie der Europäischen Organisation zur Sicherung der Luftfahrt EUROCONTROL. Die geforderte Radarabdeckung einer ASR liegt konform mit den durch die ECACEuropäische Zivilluftfahrt-Konferenz (ECAC) festgelegten Grenzen der Zuständigkeit eines Flugplatzes. Die effektive Reichweite einer ASR für in einer Höhe von 3 000 Fuß (≙ etwa 1 000 m) fliegende Flugzeuge sollte daher mehr als 40 (≙ etwa 75 km), bis zu 60 Nautische Meilen (≙ etwa 110 km) betragen. Im Höhenbereich werden dagegen nur bis zu 10 000 Fuß (≙ etwa 3 000 m) gefordert. Eine Reichweite darüber hinaus bis zum Beispiel eine Entfernung von 80 Nautischen Meilen wird gerne gesehen, ist aber nicht notwendig. Im Gegenteil: Durch die Zeitbilanz eines Impulsradars müssen dann Kompromisse mit der Drehgeschwindigkeit eingegangen werden. Durch die langsamere Drehung verschlechtert sich die Datenerneuerungsrate. Durch diese Zeitbilanz wird auch die Größenordnung der zu verwendenden Impulsfolgefrequenz beeinflusst, was in der Folge die Trefferzahl verringert. Die dadurch verursachten Verluste bei der Entdeckungswahrscheinlichkeit müssen durch andere Maßnahmen, wie zum Beispiel erheblich größere Reserven in der Sendeleistung kompensiert werden. Um diesen Aufwand zu rechtfertigen müssen schon erhebliche Gründe vorliegen, warum die Reichweite von 80 NM durch das Primärradar erreicht werden soll.

Die Drehgeschwindigkeit der Antenne liegt bei 12 bis 15 Umdrehungen pro Minute. Dadurch wird eine Datenerneuerungsrate von 4 bis 5 Sekunden erreicht. Da der Fluglotse bei einem durch das Radar geführten Anflug auf den Flugplatz mindestens alle 5 Sekunden dem Piloten eine Kursangabe machen muss, ist dieser Zeittakt durch die Umdrehungzeit der Antenne gewährleistet. Eine ASR nutzt meist eine parabolförmige Reflektorantenne mit einem Cosecans²-Diagramm. Bei vielen Geräten wird mit Hilfe von zwei Hornstrahlern eine Trennung zwischen High-Beam und Low-Beam vorgenommen, was die Möglichkeiten der Festzielunterdrückung bzw. Bewegtzielerkennung (MTI oder MTD) verbessert.

Angaben über die Flughöhe

Ein Air Surveillance Radar ist aus Aufwandsgründen meist nur ein 2D-Radar. Eine ASR ist jedoch immer mit einem Sekundärradar gekoppelt, dessen Identifizierung für die Ziele mit auf den Sichtgeräten der ASR dargestellt wird. Das Sekundärradar liefert ebenfalls eine Höhenangabe, die an Bord des Flugzeuges barometrisch ermittelt wird. Beide Informationen werden im Plot-Combiner der Radardatenverarbeitung miteinander verknüpft und auf dem Bildschirm in einem Datenblock neben dem Zielzeichen alphanumerisch dargestellt. Das Sekundärradar ist ebenfalls ein Aufklärungsradar (Secondary Surveillance Radar, SSR), welches im Kern synchron mit dem Primärradar arbeitet. Meist haben die Sichtgeräte der ASR einen zuschaltbaren Maßstab mit der doppelten Reichweite des Primärradars und können so auch für größere Entfernungen (zum Beispiel bis 120 NM) die Informationen des Sekundärradars anzeigen.

Eine Höhenwinkelmessung durch das Primärradar und eine darauf beruhende Berechnung einer Flughöhe ist zum Beispiel bei dem im Bild 1 gezeigten Radar ebenfalls möglich. Dieses Radar nutzt dafür ein System aus drei Hornstrahlern mit je einem unabhängigen Empfangskanal. Jeder Höhenwinkel ergibt eine charakteristische Leistungsverteilung der Echosignale in diesen Empfangskanälen, die zu einer groben Berechnung einer Altitude taugen.

Elektronisches Kartenmaterial

ASR können in den meisten Fällen elektronisches Kartenmaterial auf dem Radarbildschirm darstellen. Das umfasst taktische Linien und Zuständigkeitsgrenzen, Positionen von Hindernissen, Flugverbotszonen, Funkfeuern oder markanten Geländepunkten. Bei modernen Radargeräten sind diese Karten als Datei im Computer hinterlegt. Bei älteren analogen Radargeräten musste dieses Kartenmaterial in einem komplizierten Verfahren in einem externen Kartenvideogerät auf einer zu durchleuchtenden fotografisch herzustellenden Bildplatte gepeichert werden, die mit einem synchron zur Bildschirmauslenkung bewegten Lichtstrahl abgetastet wurde.