Impulsradar

Entfernungsbestimmung mit dem Impulsverfahren. Das Pulsradargerät sendet einen Impuls und misst die Zeit bis zum Empfang des Echos.

Beim Impuls-Radar strahlt die Anlage über eine Antenne hochfrequente Impulse ab, deren Energie an Hindernissen im Ausbreitungsweg (Luftfahrzeuge, Wolken, Erdboden, Gebirge u.a.) gestreut wird. Ein Teil der gestreuten elektromagnetischen Energie gelangt wieder zur Sendeantenne und von dort zu einem Empfänger.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen (ca. 300 000 km/s) bekannt ist, kann aus der Zeit zwischen Impulsabstrahlung und dem Eintreffen der rückgestreuten elektromagnetischen Energie auf die Entfernung zur streuenden Fläche (Radar-Ziel) geschlossen werden.

Ein Pulsradargerät sendet Impulse mit einer typischen Dauer im unteren Mikrosekundenbereich und wartet dann auf Echos. Die Laufzeit t des Impulses, also die Zeit zwischen dem Senden und dem Empfang des Echos, wird zur Entfernungsbestimmung genutzt. Für die Entfernung r gilt:

$r = \frac{c \cdot t}{2}$

r = Entfernung

c = Lichtgeschwindigkeit (≈ Lichtgeschwindigkeit im Vakuum)

t = Laufzeit

Indem man eine stark bündelnde Antenne verwendet, ergibt sich aus der Antennenstellung die Richtung zum Ziel.
Eine Impuls-Radar-Anlage besteht aus Impulsanlage, Sender, Antennenumschalter, Empfänger, Sichtgerät und Stromversorgung. Letztere liefert die erforderlichen Ströme und Spannungen für die einzelnen Baugruppen. Die Impulsanlage erzeugt Impulse vorgegebener Dauer und Folgefrequenz. In Bord-Radar-Anlagen wird die Folgefrequenz häufig von der Bordnetzfrequenz 400 Hz abgeleitet.
Der Sender erzeugt während der Impulsdauer elektromagnetische Wellen hoher Frequenz (Bordanlagen meist 9GHz). Nur während des Sendeimpulses besteht auch eine Verbindung zwischen Antenne und Sender über den Antennenumschalter. Der Empfängereingang ist während des Sendens kurzgeschlossen, da er sonst durch die große Sendeenergie zerstört würde. In den Impulspausen erfolgt die Anschaltung des Empfängers an die Antenne über den Antennenumschalter. Die eingehenden Radarechos gelangen daher zur Auswertung in den Empfänger. Am Empfängerausgang ist das Sichtgerät angeschlossen. Bei der hauptsächlich benutzten Polarkoordinatendarstellung lassen sich die Standorte der Radarziele auf dem Bildschirm des Sichtgeräts als Leuchtflecke erkennen. Zur genauen Entfernungsmessung ist eine exakte Laufzeitbestimmung der elektromagnetischen Wellen erforderlich, die mittels einer von der Impulsanlage durchgeführten strengen Synchronisation im Zusammenwirken aller Baugruppen erreicht wird.

Die Wellenlänge der Radar-Anlagen richtet sich nach der geforderten Reichweite und dem gewünschten Auflösungsvermögen. Bord-Radar-Anlagen arbeiten mit Wellenlängen von 3cm, Rollfeld-Radaranlagen mit solchen von 8mm. Mit kleineren Wellenlängen verringern sich auch die für eine vorgegebene Halbwertsbreite im Antennendiagramm erforderlichen Antennenmaße. Dabei geht aber die Reichweite der Anlage zurück. Zum Erzeugen eines kartenähnlichen Bildes auf dem Sichtschirm muß der Elektronenstrahl die gleichen Drehbewegungen wie die Antenne ausführen. Dazu rotieren die Ablenkspulen der Braunschen Röhre des Sichtgeräts synchron mit der Antenne. Der Bildmittelpunkt entspricht in dieser Darstellung dem Standort der Radar-Anlage. Alle streuenden Objekte erscheinen auf dem Sichtgerät als helle Leuchtflecke winkelgetreu in einem einheitlichen Entfernungsmaßstab. Diese Darstellungsart bezeichnet man als Polarkoordinatendarstellung (PPI) oder Panorama-Radar Seitenwinkel und Entfernung zum Ziel sind sofort ablesbar. Das Ablesen erleichtern elektronisch eingeschriebene oder in eine Sichtscheibe geritzte Entfernungskreise. Der Höhenwinkel zu einem Ziel läßt sich feststellen, wenn eine Antenne benutzt wird, die auch in der vertikalen Ebene ein schmales Richtdiagramm besitzt und sich vertikal schwenken läßt. Darüber hinaus muß auch am Sichtgeräteine Darstellung in der vertikalen Ebene möglich sein, Radar-Anlagen mit Polarkoordinatendarstellung dienen zur militärischen und zivilen Luftraum Überwachung (Flugsicherung) und zum Leiten von Flugbewegungen. Kleinere Radar-Anlagen überdecken je nach der abgestrahlten Leistung, des verwendeten Antennendiagramms und Impulsfrequenz einen Bereich bis zu 75 km, große Anlagen über 300km.

Radarantenne der Suchoj Su-30MK

Das Präzisions-Anflug-Radar wird zur Landeführung unter Instrumentenflugbedingungen angewendet. Dabei handelt es sich um 2 gekoppelte Anlagen, deren eine ausschließlich die Ablage des anfliegenden Luftfahrzeugs vom vorgegebenen Kurs feststellt, während die zweite die Ablage vom vorgegebenen Gleitweg registriert. Auf beiden Sichtgeräten sind vorgegebener Kurs und Gleitweg aufgezeichnet, so daß der zuständige Flugsicherungslotse je nach Lage des Leuchtflecks gegenüber den Vorgaben Korrekturen über die UKW-Sprechfrequenz an den Piloten durchgeben kann. Dieses Anflug-verfahren wird als GCA-Verfahren bezeichnet (Ground Controlled Approach, engl., vom Boden kontrollierter Anflug). TELERAN wurde um 1950 als Anflugverfahren unter Instrumentenbedingungen vorgeschlagen. Es stellte eine Kombination von Fernsehen (Television) und Radar dar, erlangte aber keine internationale Bedeutung. Ein Bord-Radar tastete den Luftraum vor dem Luftfahrzeug ab. Der Pilot sollte dadurch in die Lage versetzt werden. Schlechtwettergebiete, andere Luftfahrzeuge oder Hindernisse zu erkennen und ihnen auszuweichen. Häufig läßt sich an Bord-Radar-Anlagen das Antennendiagramm so umschalten, daß der überflogene Boden abgebildet wird und man Küsten, Flüsse u. a. erkennen kann, so daß eine Radar-Navigation möglich wird. In Jagdflugzeugen dient das Bord-Radar-Gerät dazu. Luftziele auch nachts und in den Woiken zu finden.

Meteorologische Stationen setzen Radar-Anlagen (Wetterradar) zur Lokalisierung von Schlechtwettergebieten (Gewitter, Stürme usw.) ein. Wind-Radar-Anlagen werden zur Höhenwindmessung verwendet. Die zum Messen benutzten Ballons sind mit einem Radar-Reflektror versehen und werden mit Hilfe von Radar-Anlagen laufend verfolgt, wodurch Flughöhe und durch Windeinfluß entstehende Abdrift des Ballons feststellbar sind.

Sekundär-Radar-Anlagen wurden aus den im zweiten Weltkrieg benutzten Freund-Feind-Geräten entwickelt und dienen zur Flugsicherung. Die Bordanlage wird von einer Bodenanlage abgefragt und übermittelt je nach eingestelltem Code Daten (z. B. Typ, Flughöhe, angezeigte Geschwindigkeit. Brennstoffvorrat usw.). Sie liefert mehr Informationen als die Radar-Anlagen ohne Antwortgerät, die auch als Primär-Radar bezeichnet werden. Es entstehen jedoch auch erhöhte Kosten durch die zusätzliche Anlage. Das Seitensicht-Radar (Side-Looking Airborne-Radar, engl. Abk. SLAR} sendet einen im rechten Winkel zur Luftfahrzeuglängsachse nach unten gerichteten Mikrowellenstrahl und setzt im Verlauf der Fortbewegung aus den aufeinander folgenden Bildzeilen — ähnlich wie beim Fernsehen — ein Bild des überflogenen Bodens zusammen. Es ist ein wichtiges Verfahren der Fernerkundung, vor allem in Gebieten, in denen die Aufnahme von Luftbildern infolge ungünstiger meteorologischer Bedingungen nur selten möglich ist.
Radar-Anlagen, die keine Impulse sondern kontinuierliche Wellen zu Ortungszwecken abstrahlen, werden als Dauerstrich-Radar-Anlagen oder als CW-Radar. (Abk. für Continous Wave, engl., kontinuierliche Welle) bezeichnet. Bei Digital-Radar sind die Koordinaten der Ziele zwecks Fernübertragung des Rdarbildes digital verschlüsselt.

In der Militärluftfahrt benutzt man das Terrainfolge-Radar. Mit dieser Anlage ist ein Tiefflug schneller Militärflugzeuge möglich, da das Bodenrelief vor dem Flugzeug abgetastet wird und beim Auftreten von Bodenunebenheiten die Ausgangssignale des Terrainfolge-Radars den Flugregler zu einer Ausweichbewegung des Flugzeugs veranlassen.

Rundsicht-Radar-Anlagen besitzen häufig Zusatzanlagen für besondere Betriebsweisen. In einer solchen Betriebsweise, die als Festzeichenlöschung (Moving-Tarqet-fridication, Abk. MTI) bezeichnet wird, werden nur Ziele abgebildet, die sich bewegen und daher eine Dopplerfrequenz liefern. In der Betriebsweise Iso-Echo werden alle Zielechos, deren Feldstärke größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, dunkel getastet und daher nicht abgebildet. Das erlaubt eine Beurteilung der auf dem Bildschirm abgebildeten Gewitter beim Bord- oder Wetter-Radar.
Um bestimmte Hindernisse oder Luftfahrzeuge mit geringem Echoquerschnitt (z. B. Segelflugzeuge) für Radar zu kennzeichnen, benutzt man Radar-Reflektoren.
Die Radar-Überdeckung gibt an, in welchem Raum Luftziele durch Radar-Anlagen aufgefaßt werden können.