Radar-Altimeter

Prinzip eines Radar Altimeters: Ein Sender strahlt eine Leistung in Richtung Boden, dort wird sie diffus reflektiert, ein Teil davon wird als Echosignal wieder empfangen, die Laufzeit des Signals ist ein Maß für die Höhe.

Radar-Altimeter-Steuergerät (links) und Antennen (rechts)

Mit Radar-Altimeter oder Radarhöhenmesser wird ein bordgestütztes Radargerät bezeichnet, das die exakte Flughöhe eines Satelliten oder eines Flugzeuges nach dem Radarverfahren misst. Es gehört zur Navigationsausrüstung größerer Flugzeuge, misst die Flughöhe über Grund mittels kurzer elektromagnetischer Wellen und ergänzt die üblichen barometrischen Altimeter. Radarhöhenmesser arbeiten insbesondere bei geringer Höhe sehr exakt und messen im Gegensatz zu den barometrischen Altimetern nicht die Höhe über Meeresniveau (QNH), sondern die reale Höhe über Grund.

Radar-Altimeter mit FMCW-Verfahren

Radar-Altimeter verwenden für geringe Flughöhen meist das FMCW-Prinzip. Da diese Geräte meist fest mit dem Flugzeug verbunden sind, würde bei einer scharfen Bündelung der Sendeenergie in eine feste Richtung durch Rollen und Nicken des Flugzeuges ein Messfehler entstehen. Deshalb werden Antennen mit einer relativ geringen Richtwirkung genutzt, die unabhängig von der Fluglage sicher in Richtung Erdboden strahlen. In der Radarsignalverarbeitung wird hier nur die geringste gemessene Differenzfrequenz zur Höhenberechnung verwendet. Diese zeigt immer auf die reflektierende Fläche mit der kürzesten Entfernung zum Flugzeug.

Um eine verhältnismäßig große Sendeleistung zu ermöglichen, werden Sendeantenne und Empfangsantenne möglichst weit auseinander in den Tragflächen eingebaut. Der Rumpf bildet eine zusätzliche Abschirmung zwischen beiden Antennen und verhindert so ein direktes Überkoppeln von der Sendeantenne zur Empfangsantenne.

Anzeigeinstrument eines Altimeters

Beim Tiefflug kann in Militärflugzeugen am Radarhöhenmesser eine Warnhöhe stufenlos eingestellt werden (Terrainfolgeradar). Beim Unterschreiten dieser Höhe wird der Pilot durch ein Signal (optisch oder akustisch) gewarnt. Bei Instrumentenanflügen von Militär- oder Zivilflugzeugen wird ebenfalls ein Minimum eingestellt, bei dem der Radarhöhenmesser einen Alarm gibt. Hat der Pilot die Landebahn dann nicht in Sicht, muss er durchstarten. Der Radarhöhenmesser ist Vorschrift für einen CAT II oder CAT III Approach (siehe auch: Instrumentenlandesystem); das Gelände für einen solchen Anflug ist dafür kartiert (Precision Approach Terrain Chart; PATC), um die Anzeige richtig interpretieren zu können.

Radar-Altimeter im Impulsbetrieb

Der Echoimpuls verliert durch die Vergrößerung der reflektierenden Fläche (in der Grafik die violetten Flächen) mit der Zeit seine steile Impulsflanke

Wird ein Radar-Altimeter von einem Flugzeug in großer Höhe oder von einem Satelliten eingesetzt, so wird nicht das FMCW-Verfahren genutzt, sondern das Impulsradarverfahren. Durch die Besonderheit, dass kein einzelner Punkt angestrahlt wird, sondern eine Fläche, verformt sich das Echosignal während der Reflexion. Bei der großen Höhe der Satelliten kann diese Verformung schon so wesentlich sein, dass eine spezielle Radarsignalverarbeitung erforderlich wird. Die angestrahlte Fläche vergrößert sich allmählich, bis in der Mitte der ausgeleuchteten Fläche der Sendeimpuls bereits beendet ist, während am Rand der ausgeleuchteten Fläche erst die Reflexion des Sendeimpulses beginnt.

Die ehemals steile Flanke des Sendeimpulses ist bei dem Echosignal nicht mehr zu erkennen. Der ehemals kurze Sendeimpuls verliert sich in der steigenden Flanke des Echosignals. Die Impulsdauer des Echosignals kann sich auf ein Vielfaches der Dauer des Sendeimpulses vergrößern. Als Messpunkt für die Zeitnahme zur Laufzeitmessung wird der Punkt genutzt, an dem die steigende Flanke des Echosignals in das Impulsdach übergeht. Das ist vor allem bei der Nutzung von Intrapulsmodulation ein großes Problem, da sich verschiedene Abschnitte der Modulation zeitlich verschoben überlagern. Eine Phasenmodulation ist für Radaraltimeter deshalb nicht zweckmäßig, da die Phasencodierung spätestens im Impulsdach des Echosignales durch Interferenz verloren geht.

Basierend auf einem Artikel in:

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