Das GPS-Tracking stellt den genauen Standort dar im Verhältnis zu anderen Daten auf der Seekarte z. B. Küstenlinien und Bojen. Ein Radargerät „malt“, was es in diesem Moment sieht, z. B. Verkehr und vorübergehende Hindernisse. Die Bedeutung beider Geräte liegt auf der Hand, so dass die Frage nicht lautet: „Brauche ich Radar?“, sondern vielmehr: „Ist Radar ein praktisches Navigationsgerät für die Art von Fliegen, die ich betreibe?“ Wenn Sie die Qualität der neuen, preiswerteren Produkte sehen, die für den heutigen Freizeitpiloten entwickelt wurden, werden Sie diese Frage vielleicht mit „Ja“ beantworten.
Ein Standard-Radargerät sendet schnelle Mikrowellen-Energieimpulse aus. Indem es sich während der Aussendung dreht, liefert es ein 360-Grad-Bild. Feste Objekte werden erkannt und auf einem Bildschirm positioniert, je nachdem, wie lange die Impulse für ihre Reflexion brauchen. Neuere „Breitband“-Radargeräte senden kontinuierliche „Wellen“ mit erhöhter Frequenz aus, die sich von der Kuppel wegbewegen, ein Ziel treffen und zum Empfänger zurückreflektiert werden. Der Unterschied zwischen der Frequenz der gesendeten und der reflektierten Welle bestimmt die Entfernung des Ziels.
Da die Erdoberfläche gekrümmt ist und Radarwellen sich in einer geraden Linie ausbreiten, bestimmen die Höhe der Radarantenne und die Höhe des Ziels, wie weit Ihr Radar sehen kann. Aus diesem Grund ist eine gute Antennenhöhe wichtig. Die Leistung des Geräts bestimmt seine Reichweite. Ein Zwei-Kilowatt-Radargerät kann zum Beispiel Objekte in einer Entfernung von 20 Meilen anzeigen, während ein Vier-Kilowatt-Gerät Objekte in einer Entfernung von 32 Meilen erreichen kann. Diese Entfernungen sind in der Regel für die meisten Segelsportaktivitäten ausreichend.
Die Breite der Radarwellen liegt im Allgemeinen zwischen einem Grad bei den leistungsstärkeren Geräten und sechs Grad bei den sparsameren. Wie zu erwarten, bieten schmalere Strahlen mit einem stärker fokussierten Impuls eine bessere Zielunterscheidung. Es gibt noch weitere hilfreiche Funktionen, auf die man bei den verschiedenen Marken achten sollte, z. B. die Möglichkeit, Zielebenen zu markieren und deren Richtung und Geschwindigkeit anzuzeigen. Die meisten neuen Radargeräte verfügen heute über eine fortschrittliche Software, die es Ihnen ermöglicht, Ihr Radargerät in einen vollautomatischen Modus zu versetzen, so dass neben den Standardfunktionen wie Alarmen und Entfernungseinstellungen keine ständigen Abstimmungen und Anpassungen erforderlich sind. Dank der verbesserten Empfindlichkeit dieser neuen Systeme lassen sich schwimmende Objekte und kleine Bojen deutlich erkennen. Eine weitere wichtige Entwicklung ist die Verringerung des Energiebedarfs im Vergleich zu älteren Radargeräten. Viele dieser Geräte verbrauchen jetzt weniger Strom als ein Mobiltelefon, wodurch die Gefahr einer Strahlenbelastung der Passagiere entfällt.
Aber auch bei den aktuellen Modellen kann es sein, dass Sie die „Bilder“ auf Ihrem Bildschirm anfangs nur schwer interpretieren können. Ich würde empfehlen, einen kurzen Kurs zu besuchen oder zumindest einige der YouTube-Videos zu diesem Thema anzusehen. Sobald Sie auf dem Wasser sind, sollten Sie Ihr neues Radargerät bei Tagesausflügen einschalten und vergleichen, was auf dem Bildschirm zu sehen ist und was Sie vor sich sehen. Auf diese Weise können Sie lernen, den Bildschirm zu interpretieren und Ihr Radar zu beherrschen.
Heutzutage bieten alle Elektronikhersteller fortschrittliche Radarsysteme zu Preisen an, die mit denen vergleichbar sind, die wir früher für einen GPS-Kartenplotter bezahlt haben. Das 40-Watt-Gerät Gmr 18 HD von Garmin wird für weniger als 2.000 Dollar verkauft. Navico, das weltweit größte Unternehmen für Schiffselektronik, bietet die Lowrance 3G- und 4G-Radarmodelle für Freizeitanwendungen mit einer Reichweite von bis zu 36 Seemeilen, hochauflösender Zielunterscheidung, sofortiger Aktivierung und ohne Strahlung an – ebenfalls zu erschwinglichen Preisen. Die Simrad-Abteilung bietet das Kombinations-Navigationsgerät „NSS“ mit allen genannten Funktionen und einem Touchscreen an, mit dem Sie aus einer Vielzahl von Informationssymbolen auswählen können, einschließlich Kartenplotter, Echolot und Radar, und das Symbol dann auf den Hauptbildschirm ziehen, um eine vollständige Ansicht zu erhalten. Raymarine hat ähnliche Produkte.
Mit dem heutigen effizienten und erschwinglichen Angebot an Radargeräten für Freizeitpiloten werden Sie immer mehr Radarantennen auf Runabouts und Mittelkonsolen sehen. Wenn Sie mehr in der Nacht fliegen, neue Ziele ansteuern oder einfach nur mehr Sicherheit beim Segeln haben möchten, ist es jetzt an der Zeit, sich nach einem Radarsystem umzusehen, das Ihren Anforderungen entspricht.
Radare sind ein Schlüsselelement der Sensorik für ADAS und autonome Mobilität. Dieser Bericht untersucht zunächst die Rolle, die Radare bei verschiedenen ADAS-Funktionen wie ACC, AEB, FCA, BSD, LCW, HWA usw. spielen. Anschließend wird untersucht, wie der Radaranteil pro Fahrzeug – sowohl für Kurz-/Mittel- als auch für Langstreckenradare – mit zunehmendem ADAS- und Autonomiegrad steigen wird.
Der Bericht untersucht dann die Treiber und Trends bei den Betriebsfrequenzen weltweit. Es wird untersucht, wie Geräteparameter – einschließlich Mittenfrequenz, Bandbreite, Messzeit und virtuelle Apertur – wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) wie Geschwindigkeit, Reichweite, Azimut und Höhenauflösung beeinflussen. Anschließend werden die heute auf dem Markt befindlichen Produkte untersucht und verglichen. Die Wertschöpfungskette – vom Chip (Fabless/IDM/Gießerei) bis zum Modulhersteller – wird skizziert.
Es werden detaillierte Marktprognosemodelle erstellt. In diesen Marktprognosen wird zunächst untersucht, wie ADAS und Autonomie in den Fahrzeugmarkt eindringen werden. Dazu wird in dem Bericht eine zwanzigjährige Marktprognose (2020 bis 2040) erstellt, wobei der Fahrzeugmarkt nach Autonomiestufen 0 bis 5 segmentiert wird. Das Prognosemodell berücksichtigt auch die Auswirkungen von Robotaxis und gemeinsam genutzten autonomen Fahrzeugen auf den gesamten Fahrzeugabsatz und prognostiziert in einem moderaten Szenario den Höchststand der Fahrzeugverkäufe um 2031/2. Diese Prognosen werden in Zusammenarbeit mit unserem Team für autonome Mobilität erstellt. Die Prognosen werden dann in Radar-Absatzzahlen umgerechnet. Um den Marktwert zu ermitteln, entwickeln wir ein moderates und ein aggressives Preissenkungsszenario für Kurz-, Mittel- und Langstreckenradare. Wir erstellen auch Prognosen für die einzelnen Halbleitertechnologien (GaAs, SiGe und Si).
Marktprognosen nach Stückzahlen, segmentiert nach ADAS und autonomer Mobilität. Der Bericht enthält auch Prognosen für Fahrzeug- und Lkw-Zahlen, die nach Autonomiestufen segmentiert sind, sowie wertmäßige Radarprognosen auf der Grundlage verschiedener Kostenentwicklungsszenarien.
Die Radartechnologie befindet sich im Wandel. Es sind in der Tat sehr spannende Zeiten für Radargeräte. Wir bieten ein detailliertes quantitatives Benchmarking verschiedener Halbleitertechnologien wie GaAs HEMT, InP HEMT, SiGe BiCMOS, Si CMOS und Si SOI. Wir berücksichtigen Höchstfrequenz, Verstärkereffizienz, lithografische Technologieknoten, Funktionsintegrationsfähigkeit, Volumen und Kosten.
Der Bericht zeigt, wie sich die Halbleitertechnologie entwickelt hat und wie sie sich in den kommenden Jahren voraussichtlich entwickeln wird. Er zeigt, wie und wann die GaAs-Technologie der SiGe-Technologie den Rang ablief und wie SiGe nun möglicherweise der Si-CMOS-Technologie (oder SOI) den Rang ablaufen wird. Er bietet einen detaillierten Überblick über die wichtigsten bestehenden und neuen Produkte auf dem Markt, die sowohl SiGe BiCMOS als auch Si CMOS und SOI umfassen. Dabei berücksichtigen wir Unternehmen wie NXP, Infineon, ST Microelectronics, ON Semiconductor, Texas Instruments, Analog Devices, Arbe Robotics, Uhnder, Steradian, Oculii und so weiter.
Die Umstellung auf Si-CMOS und ähnliche Chips wird die Integration von mehr Funktionen in Radarchips ermöglichen. Wir zeigen, wie sich Radargeräte von einem separaten Chip für jede Funktion zu Ein-Chip-Radargeräten entwickelt haben. Die neuesten SiGe-BiCMOS- und einige neuere Si-CMOS-Radarchips enthalten mehrere Transceiver, Überwachungsfunktionen, Wellenformgeneratoren und einen ADC. Die neuesten Si CMOS-Generationen enthalten sogar einen Mikrocontroller mit Speicher sowie eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP). Dies zeigt deutlich den Trend zu Single-Chip-Lösungen, die ein erhebliches Kostensenkungs- und Volumenproduktionspotenzial mit sich bringen werden.
Als nächstes werden Verpackungslösungen betrachtet. In der Vergangenheit wurden mehrere Chips direkt auf der Leiterplatte montiert und mit Draht verbunden. Heute werden die Chips mit Wafer-Level-Packaging-Technologien verpackt, z. B. WLP-BGA oder Flip-Chip-Ball-Grid-Array (BGA). Wir bieten ein Benchmarking zwischen diskreten Chips und verpackten Lösungen. Innerhalb der verpackten Lösungen vergleichen wir auch das Hochfrequenzverhalten von Flipchip, Fan-out und BGA.
Anschließend werden Trends auf Leiterplattenebene in Bezug auf Design, Material und passive Bauelemente untersucht. Hier sehen wir, wie sich die Leiterplattenanordnung entwickelt hat. In der Vergangenheit wurden zwei getrennte HF- und Digitalplatinen verwendet. Heute ist eine Hybridplatine üblich, bei der die oberste Schicht aus einem speziellen HF-Material besteht. Der Trend geht – zumindest bei kleinen Antennengruppengrößen – zu Antennen-in-Package-Designs (AiP). Einige solcher Designs sind bereits für den Einsatz in Kraftfahrzeugen qualifiziert. Längerfristig wird die Möglichkeit einer Antenne im Chip erforscht.
Die Materialanforderungen für eine geringe Einfügedämpfung bei hohen Frequenzen werden analysiert. Diese speziellen Materialien müssen niedrige Verlusttangenten aufweisen. Entscheidend ist, dass die Dielektrizitätskonstante und der Verlusttangens bei Temperatur- und Frequenzschwankungen stabil bleiben. Darüber hinaus muss die Feuchtigkeitsaufnahme gering sein und das Material muss leicht – oder mit bekannten Modifikationen – verarbeitbar sein, z. B. wie man das Cu kleben kann. Diese Studie bietet ein umfassendes Benchmarking einer breiten Palette von auf dem Markt befindlichen Materialien, darunter keramikgefüllte PTFE, LCP, PI/Fluorpolymere, Keramiken wie LTCC oder AlN, Glas usw.
Auf dem Weg zum 4D-Bildradar
Die Radartechnologie entwickelt sich weiter in Richtung eines bildgebenden 4D-Radars, das in der Lage ist, eine dichte 4D-Punktwolke zu liefern, die es ermöglicht, über die Bestimmung von Anwesenheit, Entfernung und Geschwindigkeit hinaus zu einer 3D-Objekterkennung, -klassifizierung und -verfolgung überzugehen.
Wir beleuchten und bewerten die kritischen Auswirkungen einer Vergrößerung des Antennenfeldes auf die Azimut- und Elevationsauflösung sowie auf die Datenmatrix und die Punktwolke. Die zusätzlichen hochauflösenden Informationen über Azimut und Elevation ebnen den Weg zu 4D-Bildradaren. Diese neuen Fähigkeiten werden die Grenzen zum Lidar verwischen und es dem Radar ermöglichen, in das Gebiet des Lidars vorzudringen, ohne seine Unabhängigkeit von Lichtverhältnissen und Wetter zu gefährden. Dies wird zu einer interessanten Wettbewerbsdynamik führen, auch wenn das Lidar seine Dominanz bei einigen Parametern wie der Winkelauflösung und möglicherweise der Objektklassifizierung behalten wird.
Der Bericht bietet einen Überblick über tiefe neutrale Netzwerke und tiefe Lerntechniken, die bei Kamerabildern so erfolgreich waren. Die spezifischen Herausforderungen von Radardaten werden berücksichtigt. Insbesondere wird erörtert, wie künftige Radargeräte die Radarpunktwolke verdichten können, um ihre Dichte näher an die Punktwolken von Lidars heranzuführen. Wir betrachten den Stand der Technik bei der 2D- und 3D-Objekterkennung und skizzieren einige Ansätze, die darauf abzielen, die Leistungslücke zwischen beiden zu schließen. Wir erörtern die Herausforderung der begrenzten Verfügbarkeit von gekennzeichneten Trainingsdaten und zeigen, wie einige versuchen, präzise Radarkarten zu erstellen und halbautomatische Methoden zur Kennzeichnung von Radardaten zu entwickeln, wobei häufig eine späte Fusion mit Daten von Kameras, GPS und Lidars verwendet wird.
Auch die Herausforderungen durch Interferenzen werden kurz erörtert. Es wird erwartet, dass dies eine wachsende Herausforderung sein wird, da die Anzahl der mit Radar ausgestatteten Radargeräte auf den Straßen zunehmen wird. Es werden verschiedene Ansätze in Betracht gezogen. In einigen Fällen werden die gestörten Signale lokal rekonstruiert. Bei anderen Ansätzen wird eine lose oder enge Koordinierung auf Systemebene vorgeschlagen, ähnlich wie bei Telekommunikationssystemen.
In diesen Radargrafiken wird der Stand des heutigen Radars mit dem der Zukunft verglichen.
Innovative Neugründungen
In den letzten Jahren sind mehrere innovative Radar-Neugründungen entstanden. Diese Firmen verfolgen unterschiedliche Ansätze. Einige entwickeln Radargeräte auf modernen SOI- oder CMOS-Knoten, die sehr große virtuelle Kanäle unterstützen. Dies kann in Verbindung mit den von ihnen entwickelten Verarbeitungstechniken eine echte 4D-Bildgebung ermöglichen. Andere entwickeln neuartige Techniken wie den Einsatz von Metamaterialien zur elektronischen Lenkung des Radarstrahls.
Nicht alle sind auf die Automobilindustrie ausgerichtet. Einige konzentrieren sich auf das UWB-Band und versuchen, kostengünstige, hochauflösende Radarlösungen auf einem Chip für Anwendungen wie Drohnennavigation, Überwachung von Vitaldaten, Mensch-Maschine-Schnittstellen, medizinische Bildgebung, Smart Home usw. anzubieten. Zu diesen Start-ups gehören Arbe Robotics, Uhnder, Steradian, Echodyne, Metawave, Oculii, Vayyar, Lunewave, Zendar, Ghostwave, Novelda, Omniradar (Staal Technologies), und so weiter.
Marktprognosen
Es werden detaillierte Marktprognosemodelle erstellt. Wir betrachten die Verbreitung verschiedener Stufen von ADAS und Autonomie auf dem Fahrzeugmarkt über einen Zeitraum von zwanzig Jahren. Wir haben diesen langen Zeitrahmen gewählt, weil höhere Autonomiestufen Zeit brauchen, bis sie technologisch ausgereift und kommerziell nutzbar sind.
Unser Modell bietet daher eine zwanzigjährige Stückzahlprognose (2020 bis 2040), wobei der Fahrzeugmarkt nach Autonomiestufen 0 bis 5 segmentiert wird. Dieses Modell zeigt deutlich, dass die Stufe 0 vor dem Zeitraum 2032-2034 tendenziell veraltet sein wird. Es zeigt, wie die Stufe 1 langsam der ADAS-Stufe 2 weichen wird, so dass diese Stufe kurz- und mittelfristig die vorherrschende Automatisierungsstufe sein wird.
Unser Modell berücksichtigt dann den Anstieg höherer Autonomiestufen (Stufe 3, 4 und 5). Insbesondere werden die Auswirkungen von gemeinsam genutzten autonomen Fahrzeugen und Robotaxis auf die Gesamtnachfrage nach Fahrzeugen betrachtet, wobei sich zeigt, dass im Jahr 2031/2 ein Spitzenwert bei den Autoverkäufen erwartet werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein gemeinsam genutztes Fahrzeug eine höhere Fahrleistung erbringen kann als ein Privatfahrzeug. Nach diesem Zeitpunkt wird ein Rückgang der Gesamtfahrzeugverkäufe prognostiziert, was komplexe und weitreichende Fragen für die globale Automobilindustrie aufwirft.
Wir übersetzen unsere Fahrzeug- und Lkw-Stückzahlprognosen in Radareinheiten. Dabei betrachten wir den Radaranteil – für Kurz-/Mittel- und Langstreckenradare – pro Fahrzeug für jede Autonomiestufe. Die Erhöhung des Radaranteils pro Fahrzeug kompensiert das Aufkommen von Peak-Car. Wir entwickeln auch Marktwertprognosen, wobei wir ein moderates und ein aggressives Preisverfallsszenario für Kurz-/Mittel- und Langstreckenradare berücksichtigen.
Schließlich haben wir die Prognosen für die Stückzahlen auch nach Halbleitertechnologien aufgeschlüsselt, um zu zeigen, dass ein Technologiewandel bereits stattgefunden hat und dass wir uns in der Anfangsphase einer weiteren technologischen Austauschrunde befinden.
SONAR und RADAR beruhen beide auf dem Prinzip der Erkennung von Echos, die von einem Objekt zurückgeworfen werden. RADAR verwendet Radiowellen zur Erkennung und SONAR verwendet Ultraschallwellen zur Erkennung und Ortung von Unterwasserobjekten und deren Entfernung. Beide werden in der Verteidigung und im Militär eingesetzt.
SONAR steht für Sound Navigation and Ranging und RADAR für Radio Detection and Ranging. Wie der Name schon sagt, werden beide für die Navigation und die Erkennung verschiedener Eigenschaften und Merkmale von Objekten eingesetzt. Die Wellen werden grundsätzlich von einer Quelle in Richtung eines Objekts ausgesandt. Sobald die Wellen auf das Objekt treffen, prallen sie in Richtung der Quelle zurück und werden mit Hilfe von Detektoren erfasst. Auf diese Weise können die Entfernung und der Abstand der Objekte gemessen werden.
SONARS werden von Unterwasser-U-Booten zur Fernerkundung, Navigation und Kommunikation eingesetzt. Das Militär nutzt SONAR auch zur Verfolgung feindlicher Schiffe oder zur Zerstörung von Unterwasserminen. SONAR wird auch in der Forschung, Industrie und Medizin eingesetzt.
RADAR hat ebenfalls militärische Anwendungen, da sie für die Waffenkontrolle, die Lenkung von Raketen, die Navigation von Flugzeugen und die Luftverkehrskontrolle eingesetzt werden. RADARS werden auf Autobahnen eingesetzt, um zu schnell fahrende Fahrzeuge zu erkennen. Im Weltraum werden sie eingesetzt, um Satelliten und die Bewegung anderer Himmelskörper zu erkennen und die Wetterbedingungen zu prüfen usw.
Hinweis: Es ist zu beachten, dass beide Geräte zwei grundsätzlich unterschiedliche Wellen für die Erkennung verwenden. Ein RADAR verwendet Radiowellen oder elektromagnetische Wellen, die kein Medium benötigen, um sich fortzubewegen, und ein SONAR verwendet Ultraschall- oder Schallwellen, um Ziele zu erkennen.
Mit Fernerkundungsinstrumenten wie Radar und Sonar können wir die Topografie und die Oberflächeneigenschaften von Vulkanen und anderen geologischen Merkmalen an unzugänglichen (oder wolkenbedeckten) Orten, einschließlich anderer Planeten und des Meeresbodens, kartieren. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung und einen Vergleich dieser beiden Systeme für diejenigen, die mit dem einen vertraut sind, aber nicht mit dem anderen, oder die manchmal Radar-/Sonardaten verwenden, aber nicht genau wissen, woher sie kommen und was sie wirklich bedeuten.
Die Energie
Sowohl Radar als auch Sonar sind aktive Systeme; sie liefern eine Energiequelle (elektromagnetisch bzw. akustisch), um das Gelände zu „beleuchten“, und können daher sowohl bei Tag als auch bei Nacht eingesetzt werden. Die vom Gelände zurückgeworfene Energie wird vom System erfasst und als Bildmaterial aufgezeichnet. Radar arbeitet mit viel höheren Frequenzen als Sonar und wird zur Abbildung von Landgebieten über dem Meeresspiegel verwendet (elektromagnetische Wellen werden im Wasser stark abgeschwächt); das Sonarsignal mit niedrigeren Frequenzen wird durch das Wasser übertragen und zur Abbildung des Meeresbodens verwendet.
An der Oberfläche, die abgebildet werden soll, wird die Energie gestreut, wenn sich die Ausbreitung der Welle aufgrund einer Änderung der Eigenschaften des Materials, durch das sich die Welle bewegt (z. B. von Luft/Wasser zu Sediment/Fels), stark verändert. Die Energie wird im Allgemeinen in alle Richtungen gestreut, aber nicht gleichmäßig; es gibt ein sehr starkes Echo in der so genannten „spiegelnden“ Richtung (wie bei einem glatten Spiegelreflektor). Das Radar-/Sonarbild setzt sich nur aus der „rückgestreuten“ Energie zusammen, die zur Empfangsgruppe (Antenne) zurückkehrt. Die Intensität der Rückstreuung (und damit die „Helligkeit“ des Bildes) hängt sowohl von den Eigenschaften des Systems als auch von den Merkmalen des Geländes ab. Konventionell werden starke Rückstreuungen beim Radar hell dargestellt (wie auch beim GLORIA-Sonar), während beim SeaMARC-Sonar (und seinem Nachfolger HMR-1) starke Rückstreuungen dunkel dargestellt werden.
Die Erde
Die Geländemerkmale, die die Intensität der Rückstreuung beeinflussen, sind die Textur oder Rauheit und das Eigenreflexionsvermögen der Oberfläche. Beim Radar wird das inhärente Reflexionsvermögen der Oberfläche durch die Dielektrizitätskonstante gesteuert (die Eigenschaft, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen bestimmt). Beim Sonar wird die Reaktion auf die Wellenausbreitung von der akustischen Impedanz bestimmt. Sowohl die Dielektrizitätskonstante als auch die akustische Impedanz sind Funktionen der physikalischen Eigenschaften des Materials, einschließlich der Porosität, der Porenflüssigkeiten, der Kornzusammensetzung und der Struktur. Auf der Erde erhöhen selbst geringe Wassermengen die Dielektrizitätskonstante, so dass geologische Materialien in erster Näherung alle etwa das gleiche Reflexionsvermögen haben und die Oberflächendurchdringung gering ist (dies gilt jedoch nicht für Wüstengebiete oder für planetarische Körper wie den Mond, die völlig trocken sind). Auf der Erde ist daher die Oberflächenrauhigkeit in der Regel die wichtigste Geländemerkmal, das die Radar-/Sonarsignatur beeinflusst.
Die Systeme
Da die Rückstreuung am stärksten von Objekten beeinflusst wird, deren Größe mit der halben Wellenlänge der Quelle oder mehr vergleichbar ist, hängt die Wirkung der Oberflächenrauhigkeit auf das Radar-/Sonarbild stark von der Wellenlänge ab. Radarwellen bewegen sich in der Luft mit Lichtgeschwindigkeit (~3,0×108 m/s) und Sonarwellen im Wasser mit Schallgeschwindigkeit (~1,5×103 m/s). Aufgrund der Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge haben die höherfrequenten Radar- und die niederfrequenten Sonarwellen ähnliche Wellenlängen. Die Oberflächenmerkmale, auf die sie reagieren, liegen daher im selben allgemeinen Bereich von 1 bis 100 cm.
Neben der Wellenlänge gibt es zwei weitere Systemeigenschaften, die sich auf die Rückstreuung von Oberflächenrauhigkeit auswirken: der Einfallswinkel (gemessen von der Vertikalen) und die Polarisation. Eine raue Oberfläche erzeugt eine starke, nahezu gleichmäßige Rückstreuung, unabhängig vom Einfallswinkel. Im Gegensatz dazu ist die Rückstreuung von glatten Oberflächen stark winkelabhängig; glatte Oberflächen neigen dazu, bei niedrigen Einfallswinkeln (nahe der Senkrechten) sehr starke Rückstreuungen zu erzeugen, bei höheren Einfallswinkeln jedoch wenig oder gar keine. Bei kürzeren Wellenlängen ist die Empfindlichkeit gegenüber dem Winkel geringer als bei längeren Wellenlängen, da die gleiche Oberfläche für das System mit längeren Wellenlängen glatter aussieht. Bei Radarbildern wirkt sich auch die Polarisation auf die Intensität der Rückstreuung aus (beachten Sie, dass Sonar akustische Kompressionswellen verwendet, die keine Polarisationseigenschaft haben; Wasser kann keine Scherwellen übertragen).
Seitwärtsgerichteter Radar/Sonar
Die einfachste Form von Radar und Sonar sendet einen einzigen schmalen Strahl aus und zeichnet die Signalstärke und die Laufzeit auf (woraus sich die Entfernung zum Zielgebiet ergibt). Hochentwickelte Radar- und Sonarsysteme für großflächige Kartierungen (Schwaden) senden einen schmalen, fächerförmigen Strahl aus und beleuchten so einen Schwaden parallel zum Instrument und seitlich von ihm. Dies wird als seitlich blickendes Radar (SLR) oder Side-Scan-Sonar (wie SeaMARC II oder HMR-1) bezeichnet. Die Karte wird erstellt, wenn sich das Instrument entlang einer Fluglinie (oder Schiffsspur) bewegt und dabei die beleuchtete Spur entlang der Oberfläche unter ihm abtastet.
Radar mit synthetischer Apertur
Die Auflösung von seitwärtsgerichteten Radar-/Sonarsystemen ist durch praktische Beschränkungen bei der Länge der Antennen begrenzt. Das Synthetic Aperture Radar (SAR) überwindet diese Beschränkung, indem es eine synthetische „Antenne“ von (potenziell) unbegrenzter Länge schafft, wodurch sich die Strahlbreite verringert und die Auflösung erhöht. SAR ist das am häufigsten verwendete System in der Radarbildgebung, erfordert jedoch eine extrem stabile Plattform (die Auflösung wird in erster Linie durch unsere Fähigkeit begrenzt, die Bewegung des Instruments zu korrigieren). Es gibt Sonar-Äquivalente zum Radar mit synthetischer Apertur, die sich noch im Anfangsstadium der Entwicklung befinden. Das Problem besteht darin, dass die von Bildgebungssystemen mit synthetischer Apertur geforderte Verfolgungsstabilität im Ozean nur schwer zu erreichen ist, insbesondere bei den viel längeren Zeitintervallen, die für die Aufzeichnung des zurückkehrenden Signals erforderlich sind.
Zusammenfassung
In den meisten vulkanischen Gebieten der Erde ist die Oberflächenrauhigkeit der wichtigste geologische Faktor, der die Helligkeit des Rückstreubildes beeinflusst; die Wellenlänge der Quelle und der Einfallswinkel steuern die resultierende Radar-/Sonarsignatur. Der größte Unterschied zwischen den beiden Systemen ist der 2×105 Unterschied in der Geschwindigkeit und damit der Zeit, die für den Empfang der zurückkehrenden Energie erforderlich ist. Beide Systeme eignen sich für die Untersuchung/Unterscheidung von rauen Oberflächen im Bereich von 1 bis 200 cm.
