Grundlagen der Radartechnik

Costas Code

Der Costas Code wurde im Jahr 1965 erstmals mathematisch beschrieben von John P. Costas. Es ist eine Art zeitabhängiger Frequenzmodulation für Sendeimpulse. Costas-Matrizen wurden eingeführt, um die Leistungsfähigkeit von Radar und Sonarsystemen zu verbessern.

Bei einer zeitabhängigen Frequenzmodulation wird ein relativ langer Sendeimpuls der Länge τ' in eine Anzahl von N Teilimpulsen τ_1…N mit unterschiedlicher Trägerfrequenz unterteilt. Jede Gruppe von diesen N Teilimpulsen wird Burst genannt. In der Regel haben diese Teilimpulse die gleiche Amplitude und gleiche Abstände. Wenn die Frequenz dieser Teilimpulse gleichmäßig erhöht oder verringert wird, dann ist der Gesamtimpuls eine schrittweise Annäherung an Intrapulsmodulation und Pulskompression mit linearer Frequenzmodulation (LFM).

Costas Codes sind eine besondere Klasse dieser intrapulsmodulierten Sendeimpulsformen. Ein Costas Code ist eine Gruppe von aufeinanderfolgenden unkodierten Teilimpulsen, die aus verschiedenen Frequenzen willkürlich zusammengesetzt wurden und mit einer kohärenten Signalverarbeitung zu einem schmaleren Impuls komprimiert werden. Bild 1 zeigt als Beispiel eine Gruppe von 10 Teilimpulsen als eine Matrix. Die Zeilen bedeuten die Nummer der Position, die Spalten bezeichnen die Nummer der Trägerfrequenz der Teilimpulse. Ein Punkt bedeutet die in dem Teilimpuls verwendete Trägerfrequenz. Die blauen Punkte stellen einen Sendeimpuls stufenweise stetig ansteigender Trägerfrequenz dar. Die roten Punkte bezeichnen die Frequenzänderung gemäß einem Costas Code.

Costas Codes haben ein fast ideales Nebenkeulenverhalten sowohl im Entfernungs- als auch Geschwindigkeits- (Doppler) Bereich und gewährleisten in beiden Fällen einen guten Eindeutigkeitsbereich. Die Verteilung der Teilfrequenzen innerhalb der Gruppe hat einen großen Einfluss auf diesen Eindeutigkeitsbereich der Messungen. Alle Nebenkeulen mit Ausnahme weniger Exemplare dicht neben dem Original haben die relative Amplitude von 1/N des Originals. Diese wenigen Exemplare am Ausgangsimpuls haben die für den Costas Code typischen Wert von 2/N. Diese gleichmäßige Größe der Nebenkeulen macht diese Impulsform besonders für Wetterradare verwendbar. Die Kompressionsrate ist annähernd N.