Einleitung
Radar steht für RAdioerkennung und Ranging: Entfernung mit Radiowellen erfassen und messen. Das Grundprinzip ist erstaunlich einfach — und seit den 1930er Jahren unverändert:
- Das Radar Senden eine kurze elektromagnetische Energie über eine gerichtete Antenne aussenden.
- Die Energie reist mit Lichtgeschwindigkeit, trifft ein Objekt (die Ziel) und teilweise reflektiert.
- Das Radar Empfang Dieses schwache Echo misst, wie lange das Signal auf dem Weg war und aus welcher Richtung es kam.
Aus diesen beiden Daten folgt alles: Die Dauer gibt die Entfernung an, die Antennenrichtung gibt Azimut (und bei 3D-Radaren) und die Verschiebung der Frequenz des Echos gibt die Radialgeschwindigkeit an (Dopplereffekt). Dopplerwirkung.
Die Macht des Radars liegt darin, worum es geht nicht Bedürfnisse: kein Licht, kein Hitzekontrast, keine Zusammenarbeit des Ziels. Der Preis: Radar sendet aktiv und ist daher selbst detektierbar, und das Echo ist extrem schwach — Der erhaltene Vermögenswert ist oft ein Faktor 1018 weniger als die emittierte Leistung. Fast alle Radar-Technologie in diesem Kapitel betrifft eine Frage: Wie bekommt man dieses winzige Echo zuverlässig aus dem Geräusch?
Entfernung vom Ziel zum Radar
Radiowellen reisen mit Lichtgeschwindigkeit c. Radardauer messen Δt zwischen Senden und Empfangen, dann hat das Signal zu diesem Zeitpunkt den Abstand zum Ziel zweimal (kommen und gehen). Der Abstand (Bereich R) ist somit:
Ein Radar empfängt ein Echo 200 μs nach dem Senden des Impulses. R = (3 × 10)8 × 200 × 10-6) / 2 = 60.000 / 2 = 30 km.
Radiowellen reisen ~ 300 m pro Mikrosekunde. Für jede Mikrosekundenperiode gibt es eine Reichweite von 150 m. Nützlich: 1 km Reichweite ≈ 6,7 μs Reife; 150 km
Diese einfache Formel ist das Herzstück jedes Pulsradars. Alles, was das Timing stört — ein verfrühter nächster Puls ()Maximale eindeutige Reichweite), ein Zielecho, das eintritt, während der Sender noch eingeschaltet ist (Mindestabstand) — Stören Sie die Entfernung sofort.
Unordnung und Lärm
Das Echo des Ziels ist nicht das einzige, was in den Empfänger gelangt. Zwei Kategorien von unerwünschten Signalen bestimmen, ob ein Ziel sichtbar ist:
Lärm
Lärm ist zufällige elektrische Energie, die weitgehend im Empfänger selbst (thermisches Rauschen) und teilweise aus der Umgebung und dem Universum erzeugt wird. Lärm ist immer da und auf allen Frequenzen. Ein Zielecho ist erst dann detektierbar, wenn es sich ausreichend über dem Rauschgrund befindet; das Verhältnis zwischen Signalleistung und Rauschleistung wird als Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Detection ist letztlich ein statistisches Spiel: die Schwelle ()Schwellenwert, konstante Falschalarmrate und automatische Gain Control) sollte hoch genug sein, um nicht ständig Lärm für Ziele zu sehen, und niedrig genug, um echte Ziele nicht zu verpassen.
Clutter
Clutter Es besteht aus echten Echos von Objekten, an denen Sie nicht interessiert sind: Erdoberfläche, Meereswellen, Regen, Hagel, Vogelschwärme, Windmühlen, Gebäude. Unordnung kann um ein Vielfaches stärker sein als das Echo eines Flugzeugs — Ein Berghang reflektiert millionenfach mehr Energie als ein Jagdflugzeug.
| Arten | Quelle | Merkmal | Kontrolle |
|---|---|---|---|
| Erdrutsch | Grundstücke, Gebäude | sehr stark, immer noch | MTI / Dopplerfilterung ()Puls-Doppler-Radar und Moving Target Indicator) |
| Seeräuber | Meereswellen | sich langsam bewegend, rau | CFAR, Polarisation, Doppler |
| Wetterdurcheinander | Regen, Hagel, Schnee | voluminös, bewegend mit Wind | zirkulare PolarisationPolarisation der elektromagnetischen Welle), Doppler |
| Engel | Vögel, Insekten | klein, langsam | Drehzahlfilter |
Der wesentliche Unterschied: Rauschen ist zufällig und überall; Unordnung ist eine echte Reflexion mit einem festen Ort oder einer eigenen Geschwindigkeit. Daher werden sie anders bekämpft: Bekämpfen Sie Lärm mit mehr Leistung, besseren Empfängern und Integration ()Pulskompression und Pulsintegration); Clutter kämpft mit Filtern, die sich durch Geschwindigkeit (Doppler/MTI) unterscheiden, und mit adaptiven Schwellenwerten (CFAR), Schwellenwert, konstante Falschalarmrate und automatische Gain Control.
Jamming fügt künstliches "Rauschen" oder falsche Echos hinzu und fällt folglich genau in diesen Kampf: Das Mitleid versucht, das Radar SNR zu ruinieren, das Radar versucht, das Ziel mit Filterung, Frequenzänderungen und Signalbetrieb zu sehen.