www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Pseudokohärentes Radar

Duplexer
Richt-
koppler
Mischstufe
ZF- Verstärker
Magnetron-
sender
AFC
StaLo
Phasen-
detektor
Radar Signal-
prozessor
Modulator
Mischstufe
Kohärent
Oszillator
Synchronizer

Bild 1: Das Prinzipschaltbild eines Pseudo-kohärenten Radargerätes.

Duplexer
Richt-
koppler
Mischstufe
ZF- Verstärker
Magnetron-
sender
AFC
StaLo
Phasen-
detektor
Radar Signal-
prozessor
Modulator
Mischstufe
Kohärent
Oszillator
Synchronizer

Bild 1: Das Prinzipschaltbild eines Pseudo-kohärenten Radargerätes.

Magnetron-
sender
StaLo
Synchronizer

Bild 1: Das Prinzipschaltbild eines Pseudo-kohärenten Radargerätes.
(interaktives Bild)

Pseudokohärentes Radar

Eine wichtige Eigenschaft für jedes Doppler- Radargerät ist die Kohärenz. Das bedeutet, dass eine definierte Phasenbeziehung zwischen den Sendesignalen und den Echosignalen bestehen muss, um eine Dopplerverschiebung des Sendesignals zu erkennen. Mit der Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Impulsen werden sich bewegende Ziele von störenden Festzielen und dem Rauschen unterschieden. Beim Erkennen dieser Phasenverschiebung ist das Radargerät auf den festen Phasenbezug zwischen dem Radarsender und der Referenzfrequenz im Empfangsweg angewiesen.

Bei einem selbstschwingenden Sender ist die Phasenlage des Sendesignals jedoch unbestimmt. Jeder Sendeimpuls beginnt mit einer zufälligen Phasenlage. Für den Nachweis einer Phasenverschiebung wird deshalb ein frei schwingender hochstabiler Generator durch die Phasenlage des Sendesignals zwangssynchronisiert und liefert so die Referenzphase für den Phasendiskriminator. Somit wird für die Dauer der Empfangszeit die Phasenlage des letzten Sendeimpulses erhalten.

Pseudo-kohärente Radargeräte werden auch manchmal „kohärent auf dem Empfangsweg (coherent-on-receive radar)” genannt.

Duplexer

Der Duplexer schaltet die Antenne im Sendemoment an den Sender und in der Empfangszeit an den Empfänger. Im Sendemoment muss er den empfindlichen Empfängereingang vor der großen Sendeleistung schützen.

Mischstufe

Die Mischstufe setzt die empfangenen hochfrequenten Signale in eine niedrigere, leichter zu verarbeitende Zwischenfrequenz (ZF) um. Bei Radargeräten liegt diese ZF bei etwa 30 oder 74 MHz. In der Mischstufe wird das empfangene Signal mit einer Oszillatorfrequenz überlagert, so dass eine Differenzfrequenz entsteht. Durch die Mischvorgang gehen die Amplitude und die Phaseninformation des empfangenen Signals nicht verloren.

IF-Amplifier

Nach dem Heruntermischen zur ZF wird das Signal in mehreren ZF-Verstärkerstufen verstärkt. Die ZF-Verstärker müssen die meiste Verstärkung in einem Empfänger aufbringen. Auch die Bandbreite des Empfängers wird durch den ZF-Verstärker bestimmt.

Automatische Frequenznachstimmung (AFC)

Wie bei allen Superheterodynempfängern, muss eine Automatische Frequenznachstimmung den Radarempfänger auf der Senderfrequenz halten. Der Radarempfänger benötigt für den Sender und/oder den StaLO einen gewissen Abstimmbereich, um Frequenzänderungen des Senders durch Temperatur- und Speisespannungsschwankungen auszugleichen. Die AFC mischt mit Hilfe der StaLO- Frequenz ebenfalls einen Teil der Sendeleistung auf die ZF herunter und macht einen Frequenzvergleich mit der Sollfrequenz der ZF.

Das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators ist eine Steuerspannung, die den StaLO, oder falls es sich um eine abstimmbare Senderöhre handelt: den Sender so lange regelt, bis die ZF wieder die Sollfrequenz hat.

Stabiler Local Oscillator

Da es sich um einen Superheterodynempfänger handelt, muss ein hochstabiler Local Oscillator die Frequenz zur Erzeugung der ZF bereitstellen.

Die meisten Radarempfänger nutzen eine ZF von 30 oder 74 MHz. Diese ZF wird durch die Mischung einer lokal erzeugten Frequenz mit dem Empfangssignal erzeugt. Dieser Local Oscillator ist für die Funktion unerlässlich und muss sowohl abstimmbar als auch hoch frequenzstabil sein. Schwingt z.Bsp. der Local Oscillator auf einer Frequenz von 3 GHz, so hat eine Frequenzänderung von nur einem Promille den Wert von 3 MHz. Das ist aber meist schon die Bandbreite des Empfängers und somit wird dieser kaum noch etwas empfangen.

Die Ausgangsleistung des Local Oscillators ist mit 20 bis 50 mW gering, weil die verwendeten Kristalldioden in den Mischstufen nur sehr wenig Leistung benötigen.

Die Ausgangsfrequenz des Local Oscillators muss um mehrere hundert Megahertz im GigaHertz- Bereich abstimmbar sein. Der Local Oscillator muss alle Frequenzänderungen des Senders kompensieren und eine konstante Zwischenfrequenz von 30 oder 74 MHz sichern. Die Local Oscillatoren sind meist durch eine Regelspannung abstimmbar.

Phasendetektor

Das ZF- Signal wird zum Phasendetektor geleitet, einem phasenabhängigen Demodulator, welcher das ZF- Signal in das Grundband heruntermischt. Um sowohl Amplituden- als auch Phaseninformation für die Dopplerfrequenzverarbeitung zu erhalten, werden zwei Wege (I & Q) parallel genutzt. Das heißt, der Phasendetektor erzeugt Videosignale. Die Amplitude der Videosignale ist abhängig von der Phasendifferenz des Echosignals zum Sendesignal. Das Ausgangssignal ist bipolar, kann also positiv oder negativ sein.

Signalprozessor

Der Signalprozessor ist der Teil des Radargerätes, der aus den Impulsgemischen aus Echosignalen, Störungen und Rauschen die Zielinformation herausfiltert.

Richtkoppler

Der Richtkoppler zweigt einen kleinen Teil der Sendeenergie für Steuerungszwecke ab. Dieses Signal wird einmal zur Frequenznachstimmung des StaLO genutzt, aber viel wichtiger: es synchronisiert den Kohärentoszillator auf die Phase des Senders.

Mischstufe

Diese Mischstufe setzt einen kleinen Teil der Sendeenergie in die Zwischenfrequenz um, um den Kohärentoszillator auf die Phase des Senders zu synchronisieren.

Kohärentoszillator

Der Kohärentoszillator (COHO) schwingt für die Dauer der Empfangszeit mit der Phasenlage des letzten Sendeimpulses und ermöglicht somit den Phasenvergleich der empfangenen Echosignale. Er wird mit einem auf die ZF herabgemischten Teil der Sendeenergie synchronisiert.

Der Kohärentoszillator übernimmt die Phase des Senders und stellt dem Empfänger eine Vergleichsphase zu Verfügung. Aus diesem Grund wird das pseudokohärente Radar auch „kohärent auf dem Empfangsweg” genannt.

Modulator

Der Modulator schaltet für den Sendemoment die Hochspannung an die Senderöhre.

Nachteile des pseudokohärenten Radarverfahrens

Die Nachteile des pseudokohärenten Radarverfahrens können folgendermaßen zusammengefasst werden:

  • Der Synchronisationsvorgang des Kohärentoszillators kann nicht so genau wie bei einem vollkohärenten Radargerät sein. Das reduziert die Erkennbarkeit langsam fliegender Flugzeuge.
  • Mit dieser Technologie können kaum Frequenzwechsel durchgeführt werden. Ein Frequenzwechsel mit einem Magnetron erfordert mechanische Änderungen der Resonatoren.
  • Dieses System ist unflexibel und kann kaum größere Änderungen der PRF, der Sendeimpulsdauer oder anderer Parameter realisieren. Solche Änderungsmöglichkeiten bleiben dem vollkohärenten Radargerät vorbehalten, das diese Änderungen schon in Baugruppen mit geringem Leistungsaufkommen vornimmt. Eine Frequenzmodulation des Sendesignals (wie bei dem Pulskompressionsverfahren) ist ebenfalls unmöglich.
  • Überreichweiten von Festzielen haben noch den Phasenbezug des vorletzten Sendesignals. Da der Kohärentoszillator aber schon mit der nächsten (zufälligen) Phasenlage arbeitet, können sie nicht mehr als Festziele erkannt werden. Sie sind deshalb bei dem pseudokohärenten Radarverfahren immer als Störung auf dem Sichtgerät sichtbar.