Anforderungen an einen Radarempfänger
Bild 1: Empfänger und Signalgenerator des ATC-radars ASR–E ATC–radar (Hersteller: EADS)
Anforderungen an einen Radarempfänger
Ein idealer Radarempfänger sollte über folgende Eigenschaften verfügen:
- rauschfreie Verstärkung des empfangenen Signals ohne dessen Signalform zu verändern;
- Optimierung der Entdeckungswahrscheinlichkeit von Zielen durch die Wahl einer zweckmäßigen Empfängerbandbreite;
- Unterstützung eines weiten Dynamikbereiches zur Anpassung sehr kleiner Echosignale an die sehr großen Störungen von Festzielen;
- Unterdrückung von Störsignalen um die Ortung von Zielen zu optimieren.
Empfängerempfindlichkeit
Die kleinstmögliche Leistung am Eingang eines Empfängers (Pemin) die zu einem Zielzeichen verarbeitet werden kann ist ein wichtiges Element bei der Bestimmung der größtmöglichen Reichweite eines Radargerätes. Dieser Pegel der Empfindlichkeit hat Werte in der Größenordnung von 10 -13 Watt ( -100 dBm).
Empfänger werden aber so konstruiert, dass sie nicht wesentlich empfindlicher sind
als sie unbedingt sein müssen. Denn die Empfindlichkeit eines Empfängers
begrenzt seine Bandbreite und das soll etwa in Kauf genommen werden,
nur um Signale empfangen zu können, die eigentlich gar nicht erwünscht sind?
Zusätzlich gilt auch die Regel: Je unempfindlicher der Empfänger, desto günstiger die
Falschalarmrate
des Radargerätes. Gleichzeitig sinkt damit aber auch die
Entdeckungswahrscheinlichkeit
eines „guten“ Echos, also einem Signal, welches über das Grundrauschen
des Empfängers hinausragt, weil dieses Signal bei kleinerer Empfängerempfindlichkeit
größer sein muss.
Empfängerbandbreite
Eines der wichtigsten Faktoren ist nämlich das Empfängerrauschen. Jeder Empfänger (und Radarempfänger machen da keine Ausnahme) hat ein gewisses Eigenrauschen, welches zu dem empfangenen Rauschen addiert wird. Das lässt sich auch durch die gewissenhafteste Konstruktion des Empfängers nicht verhindern. Die Größe dieses Eigenrauschens (auch thermisches Rauschen genannt) ist proportional zur Empfängerbandbreite.
Eine Verringerung der Empfängerbandbreite kann also das Eigenrauschen des Empfängers
verringern. Aber: Wenn die Bandbreite zu gering ist, dann kann der Empfänger
einige Signale nicht mehr (oder nicht mehr so gut) verarbeiten.
Also ist hier wieder einmal ein Kompromiss fällig. In der Praxis wird eine
Empfängerbandbreite annähernd dem Reziprokwert der Impulsdauer gewählt.
Wenn z.B. wenn das Radargerät Impulse von 1 µs Dauer aussendet, dann ist
die optimale Empfängerbandbreite etwa 1 MHz.
Dynamikbereich
Der Empfänger muss die empfangenen Signale verstärken, ohne sie zu verzerren. Wenn aber ein starkes Festzielecho das Empfängersystem in die Sättigung treibt, dann werden als Resultat die verschiedenen Frequenzanteile des Signals unterschiedlich verstärkt, das heißt, das Spektrum wird verändert. Diese Änderung des Spektrums verringert die Möglichkeiten des Radars, mit Hilfe der Doppler- Frequenz diese starken Festzielechos auszublenden. Weiterhin kann, wenn der Empfänger in der Sättigung ist, ein schwaches Echo eines Flugzeuges in der Nähe des Festzieles nicht mehr erkannt werden. Deshalb muss der Dynamikbereich des Empfängers vom Rauschpegel bis hin zum stärksten zu erwartenden Festzielecho reichen. In der Praxis umfasst diese Dynamik einen Bereich von etwa 80 dB.
Die Stärke von Störsignalen im Verhältnis zu einem schwachen Zielecho betragen durchschnittlich:
- Wetterstörungen bis zu 55 dB
- Geisterziele (zum Beispiel sogenannte Engel) bis zu 70 dB
- Festzielstörungen auf See bis zu 75 dB
- Festzielstörungen an Land bis zu 90 dB.
Die Auswirkungen dieser Störungen werden durch geeignete Verstärkungsregelschaltungen wie z.B. einer dynamischen STC gemildert.