Die Radartechnologie ist in der heutigen Luftfahrtwelt von großer Bedeutung. Vor allem in der Luftfahrt wird Radar für die Flugverkehrskontrolle und Navigation eingesetzt. Heute verbessern Wetterradare die Sicherheit in der Luftfahrt und erhöhen die betriebliche Effizienz der gesamten Luftverkehrsbranche.

Im Folgenden erhalten Sie einen ausführlichen Einblick in die Radartechnik und was sie für viele Anwendungen so effektiv macht.

Was ist Radar?

Radar ist ein Akronym für Radio Detecting And Ranging. Es wurde ursprünglich während des Zweiten Weltkriegs entwickelt und eingeführt.

Radar kann sich auf elektronische Geräte beziehen, die das Vorhandensein von Objekten mit Hilfe von reflektierter elektromagnetischer Energie erkennen. Elektromagnetische Energie bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit durch die Luft, etwa mit Lichtgeschwindigkeit (300000 km/s). Diese konstante Geschwindigkeit ermöglicht die Bestimmung der Entfernung zwischen den reflektierenden Objekten und dem Radarstandort durch Messung der Laufzeit der ausgesendeten Impulse.

Unter bestimmten Bedingungen kann ein Radarsystem die Richtung, Höhe, Entfernung, den Kurs und die Geschwindigkeit dieser Objekte messen.

Die Frequenz der für das Radar verwendeten elektromagnetischen Energie bleibt von der Dunkelheit unbeeinflusst und dringt auch in Nebel und Wolken ein. So können Radarsysteme die Position von Flugzeugen, Schiffen oder anderen Hindernissen bestimmen, die für das bloße Auge aufgrund von Entfernung, Dunkelheit oder Wetter nicht sichtbar sind.

Radar funktioniert nach demselben Prinzip wie ein Echo. In der Natur ist ein hervorragendes Beispiel für dieses Echoprinzip die Fähigkeit von Fledermäusen, mit wenig Sehvermögen zu navigieren, indem sie die reflektierten Echos ihrer Rufe nutzen, um die Position von Hindernissen zu bestimmen.

In seiner einfachsten Form trifft die von einem Radarsystem abgestrahlte elektromagnetische Energie auf ein reflektierendes Objekt (das so genannte Ziel) und wird als Echo an einen Empfänger zurückgesendet.

Grundlegendes Radarsystem

Sender – Der Sender erzeugt die zu sendende Funkwelle und moduliert sie, um die Impulsfolge zu bilden.

Antenne – Die Antenne nimmt den Radarimpuls vom Sender auf und gibt ihn in die Luft ab.

Empfänger – Die Empfänger verstärken und demodulieren die empfangenen HF-Signale. Der Empfänger gibt am Ausgang Videosignale aus.

Duplexer – Dies ist ein Schalter, der abwechselnd den Sender oder den Empfänger mit der Antenne verbindet. Sein Zweck ist es, den Empfänger vor der hohen Ausgangsleistung des Senders zu schützen. Während der Übertragung eines ausgehenden Impulses wird der Duplexer für die Dauer des Impulses auf den Sender ausgerichtet. Nachdem der Impuls gesendet wurde, richtet der Duplexer die Antenne auf den Empfänger aus. Wenn der nächste Impuls gesendet wird, wird der Duplexer wieder auf den Sender ausgerichtet. Ein Duplexer ist nicht erforderlich, wenn die Sendeleistung gering ist.

Stromversorgung – Die Stromversorgung liefert die elektrische Energie für alle Komponenten.

Anzeigegerät – Die Hauptfunktion des Anzeigegeräts ist die leicht verständliche visuelle Anzeige der Entfernungen und Peilungen der Radarziele, von denen Echos empfangen werden.

Arten von Radarsystemen

Es gibt zwei Arten von Radarsystemen – Primär- und Sekundärradar. Beide beruhen auf einem Impuls von Radioenergie, der ein Ziel treffen soll.

Wie alle Luftübertragungssysteme arbeitet auch das Radar mit Funkwellen. Das Frequenzspektrum ist breit gefächert und weist in jedem der Frequenzbänder unterschiedliche Eigenschaften auf. Radarsysteme arbeiten im und oberhalb des L-Bandes, d.h. über 1.000 MHz.

PRIMÄRRADAR

Das Primärradar beruht auf Reflexionen oder Echos, die vom Ziel zurück zum Sender gelangen. Es misst dann die Zeit, die vom Aussenden des Impulses bis zu seiner Rückkehr vergeht. Die Richtung des gesendeten Signals gibt die Peilung des Ziels an, während die gemessene Zeitdifferenz die Entfernung angibt, da die Geschwindigkeit der Funkwellen eine bekannte Konstante ist.

Das Primärradar nutzt das Prinzip der HF-Impulstechnik (Hochfrequenz), um die Entfernung und Peilung eines Ziels zu bestimmen. Ein Sender sendet ein Bündel von Impulsen aus, die von allen Objekten, die sich im Pfad der Impulse befinden, reflektiert und gestreut werden. Die reflektierte Energie, die von der Antenne (normalerweise ein Teil der Sendeantenne) zurückgeworfen wird, wird verarbeitet und an eine Kathodenstrahlröhre gesendet.

Primärradar hat viele Verwendungszwecke. In der zivilen Luftfahrt hat Primärradar vier Verwendungszwecke:

Zur Erkennung ungünstiger Wetterbedingungen während des Fluges, d. h. als Wetterradar.

Bei geringer Leistung zur Messung der Entfernung eines Flugzeugs über dem Gelände, d. h. als Funkhöhenmesser.

Bei geringer Leistung auch zur Messung der Höhe eines Flugzeugs über dem Gelände, jedoch unter Verwendung frequenzmodulierter Trägerwellen (FMCW), d. h. als Funkhöhenmesser, Doppler-Navigation.

WETTERRADAR

Ein Wetterradarsystem in Flugzeugen wird eingesetzt, um zu erkennen, ob Ziele (Wolken), die in irgendeiner Form Feuchtigkeit aufweisen. Gebiete mit hoher Feuchtigkeit oder Niederschlagsmenge sind in der Regel mit Turbulenzen verbunden, so dass der Flug durch diese Gebiete nach Möglichkeit vermieden werden sollte. Dies ist durch das Wetterradarsystem möglich.

Ein gepulster Strahl wird von der Antenne ausgesandt, und die Wolken reflektieren einige der Strahlen zurück. Diese zurückgeworfenen Strahlen werden auf einem Farbdisplay als Teil des EHSI angezeigt. Die Farben zeigen die Dichte der Wolke an.

FUNKHÖHENMESSER

Das Funkhöhenmessersystem (RA) misst die vertikale Entfernung des Flugzeugs zum Boden. Die Funkhöhe wird im Flugraum auf den Anzeigeeinheiten (DU) angezeigt. Die Funkhöhe wird mit der Empfänger-Sender-Einheit berechnet, indem das gesendete Signal mit dem empfangenen Signal verglichen wird.

Die Empfänger-Sender-Einheit sendet ein Funksignal aus und empfängt dann das vom Boden reflektierte HF-Signal, um die Höhe des Flugzeugs zu bestimmen.

Die Flugbesatzung und andere Flugzeugsysteme nutzen die Höhendaten im Tiefflug, beim Anflug und bei der Landung. Normalerweise hat dieses System einen Bereich von -12 bis 2500 Fuß.

DOPPLER-NAVIGATION

Die Dopplernavigation ist ein eigenständiges Flugzeugnavigationssystem. Diese Art der Navigation wird hauptsächlich in Drehflüglern eingesetzt. Einige Jahre lang wurde sie auch in Starrflüglern eingesetzt, bevor sie durch die GPS-Navigation (Global Positioning System) ersetzt wurde.

SEKUNDÄRRADAR

Das Sekundärradar arbeitet anders, da es reflektierte Impulse oder Echos vollständig ignoriert. Im Allgemeinen beruht das Sekundärradar darauf, dass das gesendete Signal einen Transponder (auf dem Ziel) aktiviert, der auf das Signal antwortet, indem er Daten an den Sender zurücksendet.

Primärradarsysteme arbeiten nach dem Prinzip eines passiven Echos vom Ziel. Sekundärradarsysteme arbeiten nicht nach dem Echoprinzip, sondern nutzen den Empfang eines Radarimpulses am Zielobjekt, d.h. Flugzeug oder Bodenstation, um eine Impulsantwort von einem Sender im Ziel auszulösen.

Sekundärradar kann über eine größere Reichweite als Primärradar eingesetzt werden, und aus dem ausgelösten Rückimpuls können Informationen über das Zielobjekt gewonnen werden.

Beim Sekundärradar wird das zurückgesendete Signal auf zwei Arten genutzt.

• SSR – Sekundäres Überwachungsradar
• DME – Entfernungsmessgerät

1. Sekundäres Überwachungsradar (SSR)

Eine Reihe von Impulsen, die von einer Bodenstation gesendet werden, werden vom Flugzeug empfangen und dekodiert. Das Flugzeug decodiert diese Impulse und nutzt sie, um eine Antwort von einem seiner Bordsysteme auszulösen, das Antwortimpulse auf einer anderen, aber benachbarten Frequenz sendet. Das Bodenradar empfängt das Antwortsignal und bestimmt die Entfernung und Richtung des Flugzeugs auf ähnliche Weise wie das Primärradar. In diesem Fall wird die Bodenstation als Sekundärüberwachungsradar (SSR) bezeichnet.

2. Entfernungsmessgerät (DME)

Das System der Entfernungsmessgeräte (DME) dient der Entfernungsmessung zwischen dem Flugzeug und der Bodenstation im Schrägbereich (Sichtlinie).

Beim DME-System ist das Abfragegerät, der so genannte „Interrogator“, im Flugzeug installiert, und das am Boden befindliche Ziel wird als „Transponder“ oder „Bodenbake“ bezeichnet.

DME wurde von der ICAO als Funkhilfe für die Kurz- und Mittelstreckennavigation genormt. Es handelt sich um eine sekundäre Radarart, die es mehreren Flugzeugen ermöglicht, gleichzeitig ihre Entfernung zu einem Bodenfunkfeuer zu messen. Die Entfernung wird durch Messung der Ausbreitung und Verzögerung eines HF-Impulses bestimmt, der vom Flugzeugsender ausgesendet und nach dem Empfang von der Bodenstation auf einer anderen Frequenz zurückgesendet wird.

Primärradar vs. Sekundärradar

Die Hauptunterschiede zwischen Primär- und Sekundärradarsystemen sind:

Im Gegensatz zum Primärradar erfordert das Sekundärradar die aktive Mitarbeit eines anderen Systems (Transponder).

Die Informationen des Sekundärradars werden in Form einer Gruppe von Impulsen und nicht durch einen einzelnen Impuls ausgetauscht.

Sekundärradar erfordert einen Sender und einen Empfänger – einen am Boden und einen im Flugzeug – es sei denn, es handelt sich um ein Flugzeug-zu-Flugzeug-System.