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Radar

 

[ra'daːr, 'raːdar; englisch Kurzwort aus radio detecting and ranging, eigentlich »Funkermittlung und Entfernungsmessung«] der oder das, -s/-e, mit Funkwellen kleiner Wellenlängen (Dezimeter- bis Millimeterwellen) arbeitendes Ortungsverfahren beziehungsweise -system, für das charakteristisch ist, dass die Abstrahlung gerichtet erfolgt und die empfangene Strahlung die Antwort (direktes oder indirektes Echo) auf die ausgesandte Strahlung ist. Die Bedeutung der Radartechnik besteht darin, dass sie hinsichtlich Wetterunabhängigkeit (weitgehend), Genauigkeit und Zuverlässigkeit besser als jede andere Ortungstechnik für die Erfassung, Vermessung und Verfolgung von Schiffen, Luft- und Raumfahrzeugen geeignet ist. - Beim Primärradar wird die von dem oder den Zielen u. a. Gegenständen der Umgebung reflektierte Strahlung (direktes Echo, passive Rückstrahlung) mit der ausgesandten Strahlung verglichen. So wird z. B. eine Messung der Zeitspanne zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Empfang seines Echos zur Entfernungsermittlung genutzt oder die Messung der Frequenzdifferenz zwischen ausgesandter und reflektierter Strahlung zur Geschwindigkeitsbestimmung. Beim Sekundärradar müssen die antwortenden Ziele mit einer Empfangs-Sende-Einrichtung (Transponder, Abfragefunkfeuer) ausgerüstet sein, die immer dann ein Antwortsignal (indirektes Echo) abstrahlt, wenn sie vorher ein dafür vorgesehenes Abfragesignal empfangen hat. Nachteilig ist bei solchen Systemen der größere gerätetechnische Aufwand an Bord der Flugzeuge. Unerwünschte Antwortsignale können dabei jedoch vermieden werden, und es kann mit kleineren Sendeleistungen gearbeitet werden, sodass bei gleicher Leistung größere Entfernungen überbrückt werden können. Die Elementaraufgaben von Radaranlagen sind die Ermittlung von Entfernung, Richtung und Radialgeschwindigkeit von Gegenständen in der (näheren oder weiteren) Umgebung der Anlage. Eine einzelne Radaranlage kann zur teilweisen oder vollständigen Lösung einer oder mehrerer Elementaraufgaben eingerichtet sein: Bei der Bahnvermessung eines einzelnen Flugkörpers kommt es auf die möglichst genaue Lösung aller Elementaraufgaben an, eine Radaranlage der Flugsicherung soll v. a. Entfernung und Azimut von mehreren Flugzeugen innerhalb eines größeren Gebietes ermitteln, ein Radarhöhenmesser in einem Flugzeug nur die Flughöhe über Grund. Beim Pulsradar wird die Laufzeit zwischen Senden eines Impulses und dem Empfangen des Echos gemessen. Ein Dauerstrichradar (CW-Radar, englisch continuous wave) sendet kontinuierlich frequenz- oder amplitudenmoduliert. Die Messung der Phase zwischen Sende- und Echowelle ermöglicht dann einen Rückschluss auf die Entfernung. Die Richtungsbestimmung folgt aus der mechanisch und/oder elektronisch beeinflussbaren Strahlrichtung der Antenne für gleichzeitiges Senden und Empfangen. Wenn Sende- und Empfangsantenne in die gleiche Richtung weisen, reflektieren nur die Objekte, die in Strahlrichtung liegen. Für die Bahnvermessung eines Flugkörpers ist in der Regel eine bleistiftförmige Strahlungskeule mit kreisförmigem Querschnitt typisch, mit der das Ziel (auf verschiedenen Weisen) »abgetastet« wird und deren Richtung durch zwei Winkel (meist Azimut und Höhe) gegeben ist. Bei der Luftraumüberwachung (Radarortung), dem Küsten- und Schiffsradar rotiert die Richtstrahlantenne um ihre Lotachse. Der horizontale Ausstrahlungswinkel beträgt 1 bis 2º und ist in der Höhe auf 15 bis 20º begrenzt. Von den innerhalb der Strahlungskeule (Fächerkeule) getroffenen Objekten, z. B. Fahrzeuge, Küstenverläufe, Geländeerhebungen, Wolken, Regengebiete, wird ein Echo erzeugt. Zur Richtungsbestimmung genügt dabei ein einziger (in der Horizontebene gemessener) Winkel. Die Bestimmung der Radialgeschwindigkeit basiert auf dem Doppler-Effekt, der infolge der Relativbewegung zwischen Radarantenne und Ziel auftritt. Die Geschwindigkeit eines Flugkörpers ist damit bestimmbar. Auf diesem Grundgedanken beruht u. a. das Doppler-Navigationsverfahren. Bei der Festzielunterdrückung beziehungsweise beim MTI (englisch moving target indication) nutzt man die Kenntnis vom Doppler-Effekt, um bewegte Ziele von den Bodenreflexionen zu trennen. Dabei werden zwei zeitlich (um die Pulswiederholdauer) versetzte Impulse ausgesandt und ihre Echos subtrahiert. Da sich diese Echos nur dann unterscheiden, wenn sie von bewegten Zielen stammen, ist eine Unterdrückung der Echos unbewegter Objekte möglich. Beim Pulsradar werden die einzelnen Pulse von einem Impulsgenerator (Zeitgeber) erzeugt, sie modulieren einen Sender und speisen über eine Sende-Empfangs-Weiche, über Hohlleiter und Hornstrahler eine parabolförmige Antenne. Die von der gleichen Antenne aufgenommenen Echos werden über die Weiche dem Empfänger zugeführt, der während der Sendezeit (Pulsdauer) gesperrt ist. Sie lösen im einfachsten Falle (Entfernungsmessung) einen vertikalen Zacken auf einer horizontalen Zeile aus, der auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre durch einen Elektronenstrahl von links nach rechts entfernungsproportional geschrieben wird. Bei den Schirmbildern der Rundsichtgeräte (Rundsichtradar) wird der Elektronenstrahl von der Schirmmitte als Entfernungslinie zum Schirmrand ausgelenkt, springt vom Rand zur Mitte zurück und schreibt synchron mit der Antennendrehung die nächste Linie. Hier wird das Echo nicht als Zacken, sondern durch Helligkeitssteuerung als Leuchtpunkt auf dem dunklen Schirm entsprechend seiner Entfernung und Richtung dargestellt. Die Winkelstellung der Antenne zum Anzeigegerät wird durch einen Winkelgeber übertragen. Für viele Anwendungen sind auch Sichtgeräte im Einsatz, deren Bild von einem Rechner erzeugt wird, der neben Radardaten (gegebenenfalls von mehreren Radaranlagen) auch andere Informationen (z. B. über Verkehrswege, Funkhilfen, Maßstab, Uhrzeit, Kennungen) zu einer gewünschten (auch farbigen) Darstellung verarbeiten kann. Große Bedeutung hat Radar auch für die Erkennung von Gewitterfronten, Regen-, Hagel-, Schneegebieten und Sturmzentren (Radarmeteorologie). Spezielle Anlagen für Wetterradar werden an Bord von Flugzeugen (Wetterbordradar) betrieben.

 

Literatur:

 

J. Detlefsen: R.-Technik (1989);

 E. Voges: Hochfrequenztechnik, Bd. 2: Leitungsröhren, Antennen u. Funkübertragung, Funk- u. R.-Technik (²1991);

 A. Ludloff: Hb. R. u. Radarsignalverarbeitung (1993).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Kompass: Die Grundzüge der Navigation