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Hubschrauber- Erkennung

Bei alten analogen Radargeräten war es fast unmöglich, einen Hubschrauber in der Standschwebe von einem Festziel zu unterscheiden. Nur sehr viel praktische Erfahrung des Funkorters konnte hier zu der Entscheidung führen, dass dieses zusätzliche Festziel da nicht hingehört und also etwas anderes als ein Festziel sein muss. Erst eine längere Beobachtung dieses Zielzeichens konnte zu einer Erkennung eines Hubschraubers in der Standschwebe führen. Aber was unterscheidet einen Hubschrauber in der Standschwebe von einem Festziel?

Bild 1: Relativgeschwindigkeiten bei einem Hubschrauber

In dieser Grafik ist ein Hubschrauber in der Draufsicht gezeichnet. Es ist hier die technische Zeichnung eines Hubschraubers vom Typ des ADAC „Christopher“ zu sehen. Er hat vier Rotorblätter, die sich entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn drehen. Der Hubschrauber selber hat keine Dopplerfrequenz, da seine Radialgeschwindigkeit Null ist. Aber die Rotorblätter bewegen sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Im oberen Halbkreis der Grafik bewegen sie sich auf das Radargerät zu, haben also eine maximale Radialgeschwindigkeit zum Radargerät, also eine maximal positive Dopplerfrequenz. Im unteren Halbkreis der Draufsicht bewegen sie sich vom Radargerät weg, haben eine maximal negative Radialgeschwindigkeit, also eine maximale negative Dopplerfrequenz. Diese drei Frequenzen überlagern sich zu einem Echosignal.

Bild 1: Relativgeschwindigkeiten bei einem Hubschrauber

Der Rotor dreht sich! Obwohl der Hubschrauber sich über dem Grund nicht bewegt, kann also eine sehr hohe Dopplerfrequenz fD gemessen werden. Das sind also schon zwei Merkmale:

  1. keine (oder sehr geringe) Geschwindigkeit über Grund, deswegen hat das Echosignal immer einen Frequenzanteil ohne Dopplerfrequenz:
    fEmpf = fSend

     
  2. sehr hohe Dopplerfrequenz (fast Schallgeschwindigkeit der Rotorenden)
fD = 600 m/s
λ

Ältere Systeme zur Selektion beweglicher Ziele hatten aber Probleme damit, dass sich die Rotoren mit der gleichen Radialgeschwindigkeit vr sowohl auf das Radargerät zu- als auch wegbewegten. Drittes Merkmal ist also:

  1. es treten zwei Dopplerfrequenzen entgegengesetzter Richtung auf:
    fEmpf = fSend ± fDoppler

    Diese beiden Dopplerfrequenzen haben nur in der Standschwebe den gleichen Betrag. Die Differenz beider Dopplerfrequenzen ist ein Maß der Radialgeschwindigkeit des Hubschraubers.

Hinzu kommt, dass das Radar mit einer relativ großen Impulsperiode immer nur einen „Schnappschuss“ einer zufälligen Rotorblattstellung sieht, dass also die beobachtete Dopplerfrequenz von Puls-zu-Puls stark fluktuiert. Sehr empfindliche Radargeräte (mit relativ hoher Sendefrequenz) würde sogar das Vibrieren des gesamten Hubschraubers als signifikante Dopplerfrequenz empfangen und die Turbulenzen der heißen Triebwerksabgase als zusätzliche Zielzeichen erkennen.

Mit der Fast Fourier Transformation lassen sich alle Dopplerfrequenzen als ein typisches Spektrum erkennen und der Signalprozessor erzeugt somit das Zielzeichen eines Hubschraubers. Sehr empfindliche Systeme können an der Änderung der Dopplerfrequenz pro Zeiteinheit jetzt sogar erkennen, wie viele Rotorblätter der Hubschrauber hat und mit wieviel Umdrehungen pro Minute sie sich drehen, ob es sich also um einen schweren oder leichten Hubschrauber handelt!

Rein theoretisch wäre es sogar möglich, aus nur einem einzigen Echoimpuls den Typ, den Kurs (Aspektwinkel) und die Geschwindigkeit des Hubschraubers zu errechnen.