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Allgemeine Anforderungen an luftgestützte Radarsysteme

Airborne Radars sind luftgestützte Systeme, meist in Flugzeugen verwendete Radargeräte, die verschiedene Betriebsarten verwenden, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Das folgende Organigramm zeigt unterschiedliche Betriebsarten (Modes of Operation) für luftgestütze Radargeräte:

Modes of Operation
Look Up Mode
Look Down Mode
Air To Air Operation
Air To Ground Operation
Detection and Tracking
Ground Ranging
Mapping Operations

Bild 1: verschiedene Betriebsarten luftgestützter Radarsysteme

Modes of Operation
Look Up Mode
Look Down Mode
Air To Air Operation
Air To Ground Operation
Detection and Tracking
Ground Ranging
Mapping Operations

Bild 1: verschiedene Betriebsarten luftgestützter Radarsysteme

Modes of Operation
Look Up Mode
Look Down Mode
Air To Air Operation
Air To Ground Operation
Detection and Tracking
Ground Ranging
Mapping Operations

Bild 1: verschiedene Betriebsarten luftgestützter Radarsysteme

Nicht-bildgebende Sensoren (non-imaging sensors) werden nur in einer linearen Richtung messen und das Ergebnis als einzelnen Messwert anzeigen, wie zum Beispiel Höhenmesser (Altimeter). Bildgebende Radarsysteme zeigen eine mindestens zweidimensionale Darstellung der Messergebnisse und werden unterteilt in:

wobei als SLAR bezeichnete Systeme meist noch als real aperture radar (RAR) aufgebaut sind.

Ein Multimode-Betrieb erfordert den Einsatz unterschiedlicher Impulsfolgefrequenzen (niedrige PRF bis sehr hohe PRF) und nutzt meist auch unterschiedliche Intrapulse Modulationen des Sendeimpulses.

Bild 1: “Track while Scan”: Der Raum wird abwechselnd abgetastet mit zwei hin und her bzw. hoch und runter schwenkenden Fächerdiagrammen sowie einem schmalen Pencil-Beam zur Zielverfolgung.

Bild 1: “Track while Scan”: Der Raum wird abwechselnd abgetastet mit zwei hin und her bzw. hoch und runter schwenkenden Fächerdiagrammen sowie einem schmalen Pencil-Beam zur Zielverfolgung.

Detection and Tracking

In dieser Betriebsart werden speziell Punktziele, wie etwa fremde Flugzeuge aufgefasst und begleitet. Meist ist diese Betriebsart in ein Bugradar implementiert, welches für einen Multimode-Betrieb geeignet ist. Das Radar nutzt einen allgemeinen Suchmodus mit schnell schwenkenden Diagrammen und alternierend dazu einen speziellen Zielverfolgungsmodus. Im Suchmodus wird das Antennendiagramm über den abzusuchenden Bereich geschwenkt. Es kann dabei temporär sogar auf eine Höhenwinkel- oder Seitenwinkelmessung verzichtet werden, indem durch die Phased-Array-Antenne nur ein horizontales oder vertikales hin und her bzw. hoch und runter schwenkendes Fächerdiagramm gebildet wird. Im Zielverfolgungsmodus wird dagegen ein sehr schmales Diagramm (“Pencil Beam”) genau in Richtung des Zieles ausgesendet. Das Radar sendet mehrere Impulse in Richtung des Zieles, um hier die Entdeckungswahrscheinlichkeit zu erhöhen (siehe Pulsintegration). Diese Betriebsart wird auch mit dem englischen Namen “Track while Scan” (TWS) bezeichnet. Je nach Rechenleistung des Radarsignalprozessors können bis zu 30 Ziele im Auffassungsbereich verfolgt werden. Im Gegensatz dazu wird bei “Single Target Track” (STT) die gesamte Sendeenergie und Rechenleistung auf nur ein einziges Ziel gerichtet. Damit wird die Reichweite und Entdeckungswahrscheinlichkeit erhöht sowie eine genauere Zielidentifizierung durch den Radarsignalprozessor ermöglicht.

Die Sendeimpulsform und Impulsperiode sind jeweils zeitlich abgestimmt auf die energetische Reichweite gemäß Radargrundgleichung sowie auf das Zeitbudget des Radars zum Aufklären eines möglichst großen Raumes sowie für eindeutige Messergebnisse. Die Impulsfolgefrequenz kann variiert werden um entweder mit einer geringen Impulsfolgefrequenz eine möglichst große eindeutige Reichweite während der Zielverfolgung zu erreichen (“Range while Search”) und verzichtet dabei auf die nun nicht mögliche eindeutige Geschwindigkeitsmessung. Im alternativen Fall wird mit sehr hoher Impulsfolgefrequenz nur die Geschwindigkeit gemessen (“Velocity Search”) und auf die nun nicht eindeutige Entfernungsmessung verzichtet.

Frequenz [Hz]
Amplitude [dB]

Bild 2: typisches JEM-Spektrum von Verdichterschaufeln eines Triebwerks, das hier für Messzwecke manuell gedreht wurde.

Frequenz [Hz]
Amplitude [dB]

Bild 2: typisches JEM-Spektrum von Verdichterschaufeln eines Triebwerks, das hier für Messzwecke manuell gedreht wurde.

Raid Assessment

Um eine mögliche Bedrohung für das eigene Flugzeug zu erkennen, dient die Betriebsart “Raid Assessment”. Hier wird zur Verbesserung des Auflösungsvermögens ein möglichst breitbandiges Sendesignal verwendet. Es muss durch die Radarsignalverarbeitung beurteilt werden können, ob das Echosignal von einem einzelnen Objekt stammt, oder von mehreren. Es ist ein Modus, der am Besten in der Betriebsart “Single Target Track” durchgeführt wird. Hier wird einerseits ein großes Auflösungsvermögen in der Entfernung sowie gutes Winkelaufösungsvermögen gefordert, als auch eine ständige Kontrolle über das reflektierte Spektrum.

Sowie sich das Spektrum des Echosignals ändert und ein zweites reflektierendes Objekt vermutet oder direkt erkannt wird, kann mit dem Start einer Abwehrrakete gerechnet werden.

Eine Analyse der Dopplerfrequenzen, die zum Beispiel auch von drehenden Rotorblättern oder Verdichterschaufeln im Triebwerk resultieren, kann zur Unterscheidung von Starrflügler und Drehflügler genutzt werden. Es werden nicht nur die Anzahl der Rotorblätter und deren typische Drehgeschwindigkeit erkannt, sondern es kann durch Vergleich mit internen Datenbanken sogar auf die genaue Typenbezeichnung des Flugzeuges geschlossen werden.

Je nach Aspektwinkel erzeugt jede Verdichterschaufel im Triebwerk eine andere Dopplerfrequenz. Deren Amplitude ist sehr klein, schon allein wegen der geringen Größe dieser reflektierenden Objekte. Der Vorgang wird deswegen auch „Mikro-Dopplereffekt“ genannt. Im Spektrum können diese Frequenzen als zusätzliche kleine Linien links und rechts neben der hauptsächlichen Dopplerfrequenz (verursacht durch die Radialgeschwindigkeit des gesamten Flugkörpers) erscheinen. Diese Linien werden dann als JEM lines bezeichnet (von “Jet Engine Modulation”).

Ground Ranging

Ground Ranging ist meist ein nicht bildgebendes Verfahren. Es ist eine Betriebsart, die für Tiefflugeigenschaften erforderlich ist. Es wird auch als „Bodenfolgeradar“ bezeichnet und ermöglicht ein automatisches Ausweichen in der Flughöhe, wenn Hindernisse am Boden die Gefahr einer Kollision bilden.

Entgegen der häufig anzutreffenden Vorstellung, hier würde nur die Höhe oder Altitude gemessen, muss dieses Radar nach vorn gerichtet sein, um auch zeitlich eine Ausweichmöglichkeit zu haben. Ein einfaches Altimeter ist für diese Aufgabe nicht geeignet.

Mapping Operations

Bei diesen Verfahren werden die Reflexionen am Boden in der Summe zu einer landkartenähnlichen Darstellung genutzt. Es kann sowohl im Bugradar als auch im Seitensichtradar (Side Looking Airborne Radar, SLAR) angewendet werden. Es ist die hauptsächliche Betriebsart bei der Fernerkundung der Erde. Sich bewegende Punktziele wie Flugzeuge, Fahrzeuge, Schiffe und Eisenbahnen werden eher als störend angesehen, da sie durch die zusätzliche Dopplerfrequenz oft Probleme bei der richtigen Darstellung ihres Standortes bereiten.