Grundlagen der Radartechnik

Was ist ein PAR?

Präzisionsanflugradar

Ein Präzisionsanflugradar (PAR) ist ein spezielles Radargerät, das auf Flugplätzen eingesetzt wird und für spezielle Anflugverfahren mit spezifischen Prozeduren für den Piloten und dem Fluglotsen genutzt wird. Es wird überwiegend auf militärischen Flugplätzen eingesetzt. Die Bedeutung für zivile Flugplätze ist stark zurückgegangen.[1]

Ein Präzisionsanflugradar bietet die Möglichkeit einer sicheren Landung auch bei schlechten Sichtbedingungen. Dieses Radar wird in einem geringen seitlichen Abstand (bis zu 180 m) von der Mitte der Landebahn aufgestellt und arbeitet dort fernbedient. Mit dem Radargerät werden Flugzeuge während der letzten Anflug- und Landephase aufgefasst und begleitet. Die Abweichungen von der idealen Anfluglinie werden dem Piloten über Funk entweder als akustische Kommandos oder dem Autopiloten oder einem speziellen Anzeigegerät als Steuersignale übermittelt. Der Vorteil des klassischen Verfahrens der Übermittlung von Anweisungen mittels Sprechfunk, dem sogenannten „Heruntersprechen“, liegt in der generellen Anwendbarkeit, weil keine zusätzliche Ausstattung im Flugzeug benötigt wird.

Welche technischen Parameter ein Präzisionsanflugradar erfüllen sollte, wird in einer Empfehlung der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) genannt. Diese Empfehlung umfasst Mindestanforderungen an die technischen Parameter als auch an Standortbedingungen.[2]

Der Term Präzisionsanflug ist gebunden an eine (zusätzlich zur Kurskontrolle) stattfindende Radarkontrolle der Flughöhe und des Gleitpfades. Wird der Anflug nur durch ein 2D-Radar geführt, dann ist es ein Nicht-Präziser Anflug (engl.: non-precise approach).[3][4] In diesem Falle wird die jeweilige Soll-Höhe abhängig von der durch das Radar gemessenen Entfernung in regelmäßigen Abständen vom Fluglotsen aus einer Tabelle ermittelt und dem Piloten per Funk mitgeteilt.

Bild 2: Das Präzisionsanflugradar AN/FPN-63 von Raytheon verwendet Phased-Array-Antennen, ist aber ebenfalls wie im Bild 1 in zwei unabhängige Radargeräte unterteilt.

Bild 2: Das Präzisionsanflugradar AN/FPN-63 von Raytheon verwendet Phased-Array-Antennen, ist aber ebenfalls wie im Bild 1 in zwei unabhängige Radargeräte unterteilt.

Anwendung

Ein Präzisionsanflugradar ist generell während eines Anfluges fest auf die Anflugrichtung ausgerichtet. Eine Drehung des Antennendrehtisches erfolgt nur, wenn ein Wechsel der Anflugrichtung (zum Beispiel wegen der Windrichtung) angewiesen wird. Es können auch mehrere Start- /Landebahnen bedient werden, aber immer nur eine davon gleichzeitig.

Die Anzeige der Radarinformationen geschieht auf einem Beta-Scan-Scope. Zu der aktuellen Position des anfliegenden Flugzeuges werden eine Anzahl von Hilfslinien und Marken angezeigt. Der Fluglotse kann daraus die notwendigen Anweisungen an den Piloten erkennen.

Diese Art Radargeräte müssen am jeweiligen Standort durch ein Abflugverfahren kalibriert werden. Dazu wird ein Testflug mit einem Kleinflugzeug durchgeführt, dessen Anflug durch Radar möglichst genau auf dem idealen Gleitweg gehalten wird. Gleichzeitig wird mit einer auf diesen Gleitweg fest ausgerichteten hochauflösenden Videokamera die Abweichungen beim Anflug dokumentiert. Zu dem Bild werden die gegebenen Kommandos an den Piloten als Ton aufgezeichnet. In der Auswertung kann so eine mögliche Abweichung des Radars (zum Beispiel wegen falscher Justierung oder wegen schielender Antennen) erkannt werden.

Kurskorrekturen werden übermittelt mit der Phrase: ”Your course is slightly left (…right).“ Der Pilot kann dann seine Flugrichtung korrigieren. Ist die Flugrichtung korrekt, so wird das mit der Phrase ”on course“ bestätigt. Korrekturen der Flughöhe werden übermittelt mit der Phrase: ”…slightly above (…below) glidepath.“ Ist die Flugrichtung und die Flughöhe korrekt, so wird das mit der Phrase ”On course, on glidepath“ übermittelt.[5]

PAR mit 2D-Radar

In der Ära der überwiegenden Anwendung von 2D-Radargeräten bestand das Präzisionsanflugradar prinzipiell aus einer Kombination von zwei gleichen Radargeräten, die auf geringfügig abweichender Sendefrequenz (meist dem X-Band) arbeiteten. Sie verwenden zwei zueinander um 90° verdrehte Parabolantennen für jeweils ein schmales Fächerdiagramm. Dieser klassische Aufbau wird in modernen Radargeräten immer noch verwendet, da diese Art Radar eine sehr preisgünstige Version darstellt (siehe Bild 1).

Die querliegende Antenne ist dabei zuständig für den Kurs. Dieser Teil der Radarantenne schwenkt in einem Sektor von etwa 10° nach links und nach rechts und bildet die seitlichen Abweichungen vom idealen Kurs zur Landebahn ab.

Der hochkant ausgerichtete Reflektor ist zuständig für den Gleitweg. Dieser Teil der Antenne vollführt eine nickende Bewegung im Bereich der Höhenwinkel von -1° bis zu 8° oder 15°. Die Anzeige bildet die Abweichungen in der aktuellen Flughöhe ab.

Bild 3: Das AN/GPN-22 von Raytheon nutzt eine Reflektorantenne mit einem Phased-Array als Primärstrahler

Bild 3: Das PAR AN/GPN-22 von Raytheon nutzt eine Reflektorantenne mit einem Phased-Array als Primärstrahler

PAR mit 3D-Radar

Mit einem 3D-Radar können die bisher als zwei getrennte Radare arbeitenden Teile in einem einzigen Radar vereint werden, welches nur eine einzelne Antenne verwendet. Es gibt zwei Möglichkeiten:

• Das Radar schwenkt die Antenne in einer Dimension mechanisch und in der zweiten Dimension das Antennendiagramm elektronisch. Beispiel dafür ist das PAR-80, welches vertikal mechanisch schwenkt und einen schmalen Pencil-Beam im Seitenwinkel elektronisch schwenkt.
• Die zweite Möglichkeit ist, auf eine mechanische Schwenkung vollständig zu verzichten und das Antennendiagramm in beiden Dimensionen elektronisch zu schwenken. Beispiel für dieses Verfahren ist das AN/GPN-22 (Bild 3). Eine Möglichkeit, die Antenne zu drehen, ist nur darauf ausgerichtet, mehrere verschiedene Anflugrichtungen zu bedienen.

Instrumentenlandesystem

Das Präzisionsanflugradar (PAR) ist kein Instrumentenlandesystem und das Instrumentenlandesystem (ILS) ist kein Radarverfahren. Allerdings gibt es Präzisionsanflugradare (wie zum Beispiel das AN/TPN-22) in deren Antenne ein solches Instrumentenlandesystem integriert ist. ILS ist ein Navigationshilfsmittel für die Piloten, zu welchem im Flugzeug zusätzliche Avionik-Austattung installiert sein muss. Es werden vom Flugplatz Peilstrahlen ausgesendet die im Flugzeug von einem Empfänger empfangen werden. Die Kursabweichungen werden dem Piloten auf einem Kursabweichanzeiger (engl.: Course Deviation Indicator, CDI) anzeigt. ILS ermöglicht, auch auf Flugplätzen zu landen ohne dass auf diesem Flugplatz Personal zur Sicherstellung der Landung gebunden wird.