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Vergleich Aufklärungsradar mit Wetterradar

Vergleichen wir doch einmal Wetterradargeräte mit Flugsicherungs- oder Luftverteidigungsradargeräten

Characteristic PSR Wetter Radar
Sendefrequenz L, S-band S,C & X-band (+L-band)
Doppler- Verfahren Wird in beiden Systemen verwendet.
Scanning Azimut oder Elevation Azimut und Elevation
Verarbeitung Komplex und in Echtzeit sehr komplex, aber nicht zeitkritisch
Polarisation Linear und/oder Zirkular Dual (vertikal und horizontal)
Sendeimpulsleistung variabel (kW - Mw) variabel (kW - Mw)
Datenverarbeitung I (in-phase) & Q (quadrature)
Aktualisierung des Radar-„Bildes” 6 - 12 Sekunden 5 - 15 Minuten
Störechounterdrückung Ja (aber Wetter stört) Ja (Echos von Flugzeugen stören)
Ausmaße der Antenne größer (größere Wellenlänge) kleiner (kürzere Wellenlänge)

Tabelle 1: Gegenüberstellung Wetterradar und Aufklärungsradar

Frequenzbereiche

Flugsicherungs- und Luftverteidigungsradargeräte arbeiten im L-, S- Band (hauptsächlich im L- Band). Wetterradar sendet normalerweise im S-, C-, X- Band (wenn überhaupt L- Band, dann ist es ein im PSR- System integrierter Wetterkanal). Das L- Band ist auch für PSR besonders geeignet, da es durch Wettereinflüsse am geringsten beeinträchtigt wird. Genau das wiederum mach die S-, C-, X- Bänder wegen der kürzeren Wellenlänge für Wetterradar geeigneter.

Dopplerfrequenzverarbeitung

Obwohl die Dopplerfrequenzverarbeitung für Wetterradargeräte erst seit relativ kurzer Zeit eingeführt wurde, sind mittlerweile alle kommerziell verfügbaren Wetterradarsysteme mit der Dopplerfrequenzverarbeitung ausgerüstet. Es sind zwar noch etliche Wetterradarsysteme in Betrieb, die ohne Dopplersysteme arbeiten, doch wenn diese ihre Grenznutzungsdauer erreicht haben, werden sie durch Dopplerradar ersetzt.

Antennendiagramm

Ein Aufklärungsradar arbeitet normalerweise mit einer „Cosecans²- Antenne” und kann somit keinen genauen Höhenwinkel messen. (Zu diesem Zweck gibt es spezielle Höhensuchradare.)

Wetterradargeräte arbeiten mit einer in Azimut and Elevation schwenkbaren „Pencil Beam Antenne” (meist wird je eine Umdrehung mit einem festen Höhenwinkel abgesucht).

Die Hauptsächliche Einschränkung bei der arbeit mit einem zusätzlichen Wetterkanal in einem Primärradargerät ist, dass die Antennen vertikal nicht stark gebündelt ist (15° ... 30°), um bei jeder Umdrehung der Antenne Flugziele in jeder Höhe orten zu können. Deswegen sind Wetterradarbilder aus einer solchen Konfiguration ungenau und von ungenügender Qualität.

Wetterradare fassen mit ihrer auch in der Elevation stark bündelnden Antenne nur einen schmalen Höhenwinkel pro Umdrehung auf und setzen dann aus den einzelnen Scans das 3-Dimensionale Wetterbild zusammen. Das dauert mehrfach mehr Zeit, als mit einem normalen Aufklärungsradar und so kann ein Wetterbild frühestens nach 5 Minuten aktualisiert werden. Mehr ist auch nicht nötig, da das Wetterlage beständiger ist als eine aktuelle Flugzeugposition.

Signalverarbeitung

Die Zielverarbeitung bei einem Aufklärungsradar durchläuft von der Antenne bis zur Anzeige viele Funktionen und Filter. Diese Form der Verarbeitung kann man schon ruhig als „komplex” nennen. Diese Funktionen und Filter nutzt auch das Wetterradar. Hinzu kommt aber noch eine spezielle Datenverarbeitung, die die empfangenen Echos mit in Tabellen gespeicherten Werten vergleicht und die auch noch aus einzelnen Höhenwinkelscans ein 3-dimensionales Bild zusammensetzt. Deshalb wird die Signalverarbeitung im Wetterradar als „sehr komplex” bezeichnet.

Polarisation

Das Aufklärungsradar arbeitet mit entweder linearer oder zirkularer Polarisation. Ziel der Auswahl ist, ein Radarbild ohne Störungen von Wettererscheinungen zu erhalten. Bei starken Zielzeichen die von Wolken herrühren, wird dann auf zirkulare Polarisation umgeschaltet, um die Wirkung dieser störenden Signale zu verringern.

Das Wetterradar vergleicht das Echo von der linear vertikalen Polarisation mit dem Echo von der linear horizontalen Polarisation und erhält somit zusätzliche Informationen über verschiedene Wettererscheinungen.

Impulsleistung

Dieser Wert ist sehr stark abhängig vom jeweiligen Typ des Radargerätes und von dem verwendeten Frequenzbereich. Die installierte Sendeleistung variiert zwischen etwa 200 kW und bis zu 1500 MW .

Datenverarbeitung

Prinzipiell arbeiten beide Systeme digital mit I & Q Daten.

Aktualisierung des Radar-„Bildes”

PSR Systeme der Flugsicherung benötigen bei jeder Umdrehung alle Daten der Fluglage (das bedeutet etwa alle 6 bis 12 Sekunden). Das ist aufgrund der Dynamik der Flugbewegungen auch nötig. Das Wetterradar setzt sein komplexes Wetterbild erst nach mehreren Umdrehungen zusammen. Somit wird das Wetterbild im Takt von einigen Minuten aktualisiert.

Clutter processing

Beide Systeme nutzen extensiv Methoden der Störechounterdrückung. Welches Verfahren verwendet wird, ist wiederum stark abhängig vom jeweiligen Typ des Radars. Aber prinzipiell wird immer auf die Nutzung der Dopplerfrequenz zurückgegriffen. Hauptunterschied ist, dass aus dem Gemisch der verschiedenen Echosignale unterschiedliche Nutzechos herausgesucht werden.

Antennengröße

Wie groß die Antenne sein muss, hängt von der Arbeitsfrequenz und von der Forderung nach der Genauigkeit der Strahlbündelung ab. Im langwelligen L-Band, dem Arbeitsfrequenzbereich der Flugsicherungs- und Luftverteidigungsradargeräte, werden Antennen von respektabler Größe benötigt. Die Antenne des Wetterradars im X- band passt bei gleichem Auflösevermögen in die Bugnase eines Flugzeuges.