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Empfängerempfindlichkeit im Radar

Die Messbedingungen für die Empfängerempfindlichkeit bei einem Radargerät sind leider nicht standardisiert. Sie sind abhängig von den durch den Hersteller vorgegebenen Mess- und Prüfvorschriften. Das Ergebnis der Messung selbst wird oft mit der Abkürzung MDS bezeichnet. Dieser Begriff kann zwei verschiedene Bedeutungen haben:

Minimum Detectable Signal (MDS)
Der Begriff Minimum Detectable Signal wird benutzt, um eine minimal mögliche Empfangsleistung für eine automatische Zielerkennung zu bestimmen.
Nur: ob dieses Signal dann auch wirklich zu einem Zielzeichen weiterverarbeitet werden kann, ist damit noch lange nicht ausgesagt.

Minimum Discernible Signal (MDS)
Der Begriff Minimum Discernible Signal wird oft dann benutzt, wenn das Signal durch einen Bediener aus dem Rauschen noch erkannt werden soll. (Dieser Wert liegt oft auch weit unter dem Minimum Detectable Signal!)

Welcher der beiden Begriffe bei einem Radar bevorzugt wird, hängt davon ab, ob die Signalverarbeitung noch analog mit Verstärkern und Filtern vorgenommen wird und die Zielerkennung durch einen Bediener visuell am Bildschirm stattfindet, oder ob sie digital ist – auf dem Bildschirm also nur noch die durch den Radarsignalprozessor bereits erkannten Ziele dargestellt werden.

Eine vom Bediener abhängige Interpretation liegt auch bei dem seltener verwendeten Begriffen Minimum Visible Signal (MVS) und „Tangentialempfindlichkeit” vor. Hier wird das empfangene Nutzsignal nicht nur mit dem Rauschen, sondern auch mit anderen störenden Signalen wie z.B. Festzielechos verglichen, die aber oft in ihrer Stärke variieren und somit keinen konstanten Anhalt ergeben.

Eine recht stabile Größe bildet hier aber das Grundrauschen des Empfangssystems, welches meist als Vergleichsgröße herangezogen wird. Es wird ein Signal- Rauschverhältnis definiert, welches erreicht werden muss, um die projektierte Reichweite des Radargerätes auch zu erreichen.

Minimum Discernible Signal (MDS)

Eine Größe der kleinstmöglichen empfangbaren Leistung (Pemin) am Empfängereingang die auf dem Sichtgeräten noch erkannt wird, wird Minimum Discernible Signal (MDS) genannt.

Dieser Wert wird meist auf einem Sichtgerät (A-Scope oder PPI) bestimmt und ist die Angabe der Leistung am Empfängereingang, wenn das Signal gerade so noch auf dem Sichtgerät erkennbar ist. Er wird meist in dBm angegeben und erreicht bei guten Radarempfängern Werte von -110 dBm ... -113 dBm. Leider wird aber gerade dieser Wert bei der Messung oft subjektiv verfälscht. Die Einschätzung, wo genau sich der durchschnittliche Rauschpegel befindet, kann leicht um wenige Millimeter variieren. Damit kann das Messergebnis schon dem gewünschten Ergebnis angepasst werden.

durchschnittlicher
Rauschpegel
MDS
3 dB

Bild 1: Oszillogramm für Empfindlichkeitsmessung (MDS)

durchschnittlicher
Rauschpegel
MDS
3 dB

Bild 1: Oszillogramm für Empfindlichkeitsmessung (MDS)

Minimum Detectable Signal (MDS)

Eine Größe der kleinstmöglichen empfangbaren Leistung (Pemin) am Empfängereingang, die vom Plotextraktor noch verarbeitet werden kann, wird Minimum Detectable Signal (MDS) genannt.

Dieser Wert wird meist nach dem ZF-Verstärker (oft noch vor dem I&Q- Detektor) gemessen und ist die Angabe der Leistung am Empfängereingang, wenn das gemessene Signal 3 dB über dem mittleren Pegel des Grundrauschens liegt. Er wird meist in dBm angegeben und liegt bei guten Radarempfängern in der Größenordnung –100 … –103 dBm.

Man ermittelt diese Werte durch folgende Messung:

Mit Hilfe eines geeigneten Pulsgenerators erzeugt man im Rhythmus der PRF HF-Impulse, die eine Leistung von 1 mW (=0 dBm) haben. Diese Impulse werden über ein variables Dämpfungsglied in den Empfangsweg eingespeist. Das Empfängervideo wird auf ein Oszilloskop gegeben. Mit Hilfe des variablen Dämpfungsgliedes werden nun die HF-Signale so weit bedämpft, bis die Amplitude des Empfangssignals auf dem Oszilloskop um 3 dB über dem durchschnittlichen Rauschpegel liegt, d.h., bis ein Signal/Rauschverhältnis der Amplituden von etwa 4 zu 1 vorliegt. Zu dem am variablen Dämpfungsglied ablesbaren Wert werden die Dämpfungen des Messaufbaus (Kabel, Koppler, Empfangsweg etc.) addiert. Das Ergebnis gibt den MDS-Wert für den durchgemessenen Empfänger an.

zur Antenne
variables
Dämpfungsglied
0...–120 dB
Richt-
koppler
–31,5dB
Duplexer
Empfänger
Sender
HF- Impuls-
generator
 0 dBm
Syncron-
impulse
–0,5 dB
–5 dB kalibriertes Kabel
–0,5 dB Verluste Steckverbindung

Bild 2: Messaufbau für das MDS, Dämpfungen im Richtkoppler, der Steckverbindungen und des Kabels müssen berücksichtigt werden.

zur Antenne
variables
Dämpfungsglied
0...–120 dB
Richt-
koppler
–31,5dB
Duplexer
Empfänger
Sender
HF- Impuls-
generator
 0 dBm
Syncron-
impulse
–0,5 dB
–5 dB kalibriertes Kabel
–0,5 dB Verluste Steckverbindung

Bild 2: Messaufbau für das MDS, Dämpfungen im Richtkoppler, der Steckverbindungen und des Kabels müssen berücksichtigt werden.

Bei diesem Messaufbaubeispiel muss zu dem abgelesenen Wert (z.B. –100 dB) noch die Dämpfung des Kabels und der beiden Stecker addiert werden. Am Empfänger kommen hier also nur –100 dBm an!

Da das Rauschsignal, das bei der MDS-Messung auf dem Oszilloscope zu sehen ist, keine konstante Amplitude hat, wird eine exakte Messung auf Schwierigkeiten stoßen. Um den Toleranzbereich des Messergebnisses möglichst gering zu halten, sollte eine optische Mittelung des Rauschsignals vorgenommen, der Wert numerisch ermittelt werden und die HF-Signale bis zu dem Vierfachen von diesem Wert bedämpft werden.