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Luftgestütztes Wetterradar

Collins solid-state weather radar

Bild 1: solid-state Wetterradar der Firma Collins

Luftgestütztes Wetterradar

Es ist heutzutage allgemein üblich, dass kommerzielle Nutzflugzeuge mit einem Wetterradarsystem ausgerüstet sind, welches am häufigsten in der Flugzeugnase eingebaut wird. Das Wetterradar liefert dem Piloten eine lokales, allerdings nur voraus gerichtetes Wetterbild ins Cockpit und erlaubt ihm, bestimmte, unerwünschte Wettererscheinungen zu identifizieren und zu umfliegen. Eine maximale Reichweite von 180 NM ist technisch üblich, obwohl der normalerweise genutzte Bereich (durch Maßstabsumschaltung gewählt) etwa 30 bis 80 NM beträgt.

Antenne mit Empfänger
Aircraft Nose Cone

Bild 2: Bugradar mit Parabolantenne

Es sind zwei prinzipielle Antennenvarianten für Bugradargeräte bekannt. Eine Variante ist die rotations-paraboloide Reflektor-„Schüssel” und die andere ist eine flache Gruppenantenne, die auch als Phased Array System möglich ist. Beides sind weit verbreitete Antennenarten, wobei die Phased Array Antenne als das modernere System mittlerweile bevorzugt wird.

Es ist üblich, dass die Antenne in der Nase des Flugzeugs ständig von einer Seite zur anderen pendelt und dabei (geräteabhängig) einen Winkel von 120° bis180° überstreicht.

Abhängig von Größe und Form des Flugzeugbugs werden Antennen mit einem Durchmesser von 10" to 30" gefertigt. Z.B. ist ein kleineres Verkehrsflugzeug in der Lage eine Antenne von etwa 12" bis 18" aufzunehmen.

Datenverarbeitung
3D- Wetterbild

Bild 3: 3D- Wetterbild

Das Avionics-Rack des Flugzeuges, in welchem sich z.B. auch der SSR- transponder befindet, muss eine Wetterdatenbox aufnehmen, welche aus den empfangenen Daten das Wetterbild berechnet. Dieses Wetterbild muss in eine für einen Bildschirm darstellbare Form gebracht werden.

Für diese Aufgabe wurde schon umfangreiche und komfortable Software entwickelt, die z.B. ein solches in der Grafik gezeigtes 3D- Wetterbild generieren kann.

Anzeige im Cockpit
PPI-Display

Bild 4: PPI-Display in einem Cockpit

Mit dem im Flugzeug üblichen Wetterradar ist meist eine Sektordarstellung verbunden. Es ist ähnlich einem PPI - Sichtgerät aufgebaut und zeigt eine landkartenähnliche Darstellung des empfangenen Wetterbildes. allerdings ist der „Radarstandort” nicht in der Mitte, sondern am unteren Rand. Der Auslenkstrahl schwenkt synchron zur Antennenschwenkung hin und her. Mit frei wählbarer Vergrößerung kann der Pilot den für ihn günstigsten Maßstab wählen.

Meist ist das Sichtgerät ein multifunktionales Gerät und zeigt ebenfalls weitere Daten an.

Stabilisation
Nicken und Rollen

Bild 5: Antennendiagramm beim Nicken und Rollen
unstabilisiert und stabilisiert

Das Wetterradar in einem Flugzeug bei der Durchführung von Manövern (wie etwa beim Start) würde mit seinem Antennendiagramm dem Piloten einen Bereich des Luftraumes „zeigen”, den er bestimmt nicht zu durchfliegen vorhatte.

Ebenso wichtig ist es, die Genauigkeit der Richtungsanzeigen während eines Manövers oder anderer Flugphasen zu garantieren. Es gibt jedoch beträchtliche Probleme damit, diese geforderte Stabilität (bei senkrechtem und waagerechtem Nicken und Rollen) auch während des Fluges einzuhalten.

So wird es notwendig, eine elektromechanische Servo- Ausrüstung an Bord zu haben, die diese Forderung erfüllen kann. Mit sanften Manövern wie seichten Drehungen zurechtzukommen, ist weniger schwierig, als mehr mit ausgeprägten Steigungsänderungen. Es kann deshalb nur erwartet werden, dass die Stabilisation der Antenne eine konstante Abtastung gemessen am Horizont während gemäßigter Manöver gewährleistet.

Wenn diese Stabilisation nicht eingeschaltet wird, wird der gesehenen Anzeige die Richtung und Lage des Flugzeuges überlagert. Für vertikale Manöver des Flugzeuges ist die Lageänderung in bezug auf die Region des Luftraums oft ausgeprägter als beabsichtigt.

Der senkrechte Aspekt der Stabilität kann, wenn erforderlich, vom Piloten gewählt werden. Während der Start- und Landephasen des Flugs treten die meisten Probleme auf. Einige Systeme schalten sich erst bei der Benutzung des Autopiloten ein und erwarten in der übrigen Zeit eine Eingabe von Hand.