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§5.10 Pulsradar

Beginn

Die Pulsradar ist die klassische und immer noch häufigste Radarform: Der Sender ist sehr kurz (der) Impuls) und dann relativ lang, während der Empfänger Echos hört. Aus der Dauer jedes Echos folgt die Entfernung ()Entfernung vom Ziel zum Radar. Dieser Abschnitt behandelt die Parameter, die ein Pulsradar charakterisieren — Für einen EW-Spezialisten sind dies genau die Parameter, anhand derer Sie ein Radar identifizieren.

PW PRI = 1 / PRF Abhörzeit (empfangen)
Pulsradarpulsbreite (PW), Pulswiederholintervall (PRI).

Frequenz der Pulswiederholung

Die Frequenz der Pulswiederholung (PRF) ist die Anzahl der Impulse, die das Radar pro Sekunde sendet, ausgedrückt in Hz oder Pulsen pro Sekunde (pps). Typische Werte reichen von mehreren hundert Hz (Langstreckenüberwachung) bis zu hunderttausenden Hz (Puls-Dopple-Tracking).

Der PRF ist vielleicht die wichtigste Designwahl eines Pulsradars, weil er einen grundlegenden Austausch bestimmt:

Relevanz der EW

Der PRF ist eine Schlüsselkomponente des elektronischen Fingerabdrucks eines Radars. ESM-Systeme klassifizieren erfasste Emissionen zunächst nach Frequenz, PRF und Pulsbreite — Der Radartyp und oft das Waffensystem dahinter können verfolgt werden.

Pulswiederholungsintervall und Pulsbreite

Die Pulswiederholintervall (PRI, auch Pulswiederholzeit genannt) ist die Zeit vom Anfang eines Pulses zum Anfang des nächsten. PRI und PRF sind das Gegenteil:

PRI = 1 / PRF und PRF = 1 / PRI Beispiel: PRF = 1.000 Hz → PRI = 1 ms = 1.000 μs

Die Pulsbreite (PW, Pulsdauer, τ) ist, wie lange der Sender tatsächlich pro Puls eingeschaltet ist, typischerweise 0,1 – 100 μs. Das Verhältnis zwischen Übertragungszeit und Gesamtzeit wird als Arbeitszyklus:

Arbeitszyklus = PW / PRI = PW × PRF Beispiel: PW = 1 μs, PRI = 1.000 μs → Duty Cycle = 0,001 = 0,1%

Die Pulsbreite ist ein Kompromiss an sich:

Innerhalb eines PRI geschieht dies: senden (PW), dann hören Sie den nächsten Puls. Die Hörzeit (PRI - PW) bestimmt, wie weit ein Echo zurück kommen kann, bevor der nächste Puls geht.

Spitzenleistung und Durchschnittsleistung des Pulsradars

Mit einem Pulsradar müssen Sie zwei Fähigkeiten auseinanderhalten:

Pavg = Pp × Arbeitszyklus = Pp × (PW / PRI) wobei: Pavg = mittlere Leistung (W)Pp = Spitzenleistung (W)PW = Pulsbreite (s), PRI = Pulswiederholintervall (s)
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Ein Radar hat Pp = 500 kW, PW = 2 μs und PRF = 500 Hz (PRI = 2.000 μs). Arbeitszyklus = 2/2000 = 0,001 Pavg = 500.000 × 0,001 = 500 W. Ein halber Megawattpeak, aber im Durchschnitt nicht mehr als ein Kessel.

Dies erklärt, warum Pulsradare eine so enorme Spitzenleistung liefern können: Die Übertragungsröhre muss nur einen Bruchteil der Zeit arbeiten und kann "ruhen". Es erklärt auch ein EW-Detail: Ein Empfänger, der auf das Radar hört, fängt den vollen Spitzenleistungspuls auf — Deshalb kann ein RWR ein Radar in viel größerer Entfernung hören, als das Radar das Flugzeug sehen kann.

Mindestabstand

Solange der Sender eingeschaltet ist, kann der Empfänger nicht hören — Der Duplexer hat die Antenne mit dem Sender verbunden und der Empfänger ist abgeschirmt. Ein Echo kommt zurück während Das Senden des Pulses ist also verloren. Jedes Pulsradar hat einen MindestabstandZiele näher sind unsichtbar.

Rmin = (c × PW) / 2 wobei: Rmin = Mindestbereich (m)c = Lichtgeschwindigkeit8 m/sPW = Pulsbreite (s)(in der Praxis wird eine kleine Erholungszeit des Duplexers hinzugefügt)
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PW = 2 μs → Rmin = (3 × 10)8 × 2 × 10-6) / 2 = 300 m. Alles innerhalb von 300 Metern ist für diesen Radar blind Bereich. Mit PW = 100 μs (Langstreckenpuls) wächst er auf 15 km!

Daher verwenden Radare, die auch genau sehen müssen (Navigationsradare, Nahbereichsverteidigung), sehr kurze Impulse und tauschen viele Überwachungsradare lange Impulse mit kurzen Impulsen aus (nahezu sichtbar).

Maximale eindeutige Reichweite

Nach jedem Puls hört das Radar, bis der nächste Puls geht. Das Radar geht implizit davon aus, dass jedes an der Letzter Versand Puls. Wenn ein Echo eines sehr weit entfernten Ziels innerhalb des nächsten Pulses kommt, dann wird es dem falschen Puls zugeschrieben und in einem viel zu kurzen Abstand platziert: Second-Time-around EchoDer Abstand, innerhalb dessen keine Verwechslung auftreten kann, wird als Maximale eindeutige Reichweite (R)max.:

Rmax. = (c × PRI) / 2 = c / (2 × PRF) wobei: Rmax. = größter eindeutiger Bereich (m)PRI = Pulswiederholintervall (s), PRF in Hz
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PRF = 1.000 Hz → PRI = 1 ms → Rmax. = (3 × 10)8 × 0,001)/2 = 150 km. Ein Ziel bei 180 km liefert sein Echo nur 1,2 ms nach dem Puls — 0,2 ms nach dem nächsten Puls — und erscheint falsch bei (0,2 ms × c)/2 = 30 km.

Hier sehen Sie den PRF Austausch von Frequenz der Pulswiederholung in ihrer reinsten Form: Je höher der PRF, desto kleiner ist der eindeutige Bereich. Ein Frühwarnradar, das 400 km entfernt aussehen muss, kann höchstens PRF ≈ 375 Hz verwenden; ein Puls-Doppler-Radar mit PRF = 100 kHz hat nur eine klare Reichweite von 1,5 km und muss seinen Messbereich über Smart Tricks rekonstruieren.PRI-Modulation. Was hier "doppelt" bedeutet. — und warum das gleiche Problem auch im Geschwindigkeitsbereich besteht — wird vertieft in Mehrdeutigkeit.

PRI-Modulation

Viele Radargeräte halten ihre PRI nicht konstant, aber sie variieren absichtlich: PRI-ModulationDie wichtigsten Formen und Ziele:

FormWas passiert?Warum
konstantFestbetragEinfachheit; aber vorhersehbar und mehrdeutig
Gestaffelter PRIFeste Serie von 2–8 verschiedene PRIs, wiederholendHeben von Blindgeschwindigkeiten von MTI ()Puls-Doppler-Radar und Moving Target Indicator), second-time-around echos unmask
Jittered PRIPRI variiert (Pseudo) zufällig pro Pulsschwer vorherzusagen für Täuschungs-Störsender; schützt vor falschen Echo-Techniken
PRF-Schalter/WohnschalterBlöcke von Impulsen miteinander PRFLösebereich und Doppler verdoppeln sich (mittlere PRF-Radare)
Sliding PRIPRI läuft ein oder ausz. B. Verhinderung von Sonnenfinsternis, Verschiebung von Mehrdeutigkeiten

Wie löst PRI-Variante Mehrdeutigkeit? Ein echtes Echo in Rmax. Bleiben sie in der gleichen entfernung, was auch immer pr sie wählen. Ein Second-Time-around-Echo "springt" in scheinbarer Entfernung, wenn sich die PRI ändert — und fällt durch den Korb. Das gleiche Prinzip gilt in der Dopplerdomäne für Geschwindigkeiten.

Relevanz der EW

PRI-Modulation ist ein zweischneidiges Schwert. Für Radar ist es Schutz; für den ESM-Betreiber ist das Muster der PRI-Modulation (Staggersequenz, Jittertiefe) eine zusätzliche Kennung. Moderne Täuschungs-Störsender müssen die PRI vorhersagen, um falsche Echos vor die reale — Jitter macht das grundsätzlich schwieriger.

Schwellenwert, konstante Falschalarmrate und automatische Gain Control

Wann sieht ein Radar ein Ziel? Wenn das empfangene Signal oberhalb eines Schwellenwerts ()Schwellenwert) kommt heraus. Die Wahl dieser Schwelle ist ein grundlegendes Dilemma:

Eine feste Schwelle funktioniert schlecht, da der Hintergrund (Rauschen + Unordnung + Stören) pro Richtung und Entfernung enorm variiert. Deshalb Radare verwenden Konstante Falschalarmrate (CFAR) Prozessor: Für jede getestete Zelle misst der Prozessor den Hintergrundpegel in den umgebenden Zellen und legt den Schwellenwert über einen festen Rand. Das Ergebnis: Die Anzahl der Fehlalarme pro Sekunde bleibt konstant, unabhängig davon, ob der Hintergrund noch oder voller Unordnung ist.

Erkennung Erkennung adaptiver CFAR-Schwellenwert Lärm Clutter-Bereich (automatisch höhere Schwelle)
CFAR liefert die Erkennungsschwelle mit dem lokalen Hintergrund: konstante Anzahl von Fehlalarmen.

Darüber hinaus schützt Automatische Gain Control (AGC) der Empfänger: AGC steuert die Verstärkung automatisch bei starken Signalen (Ziele schließen, starkes Durcheinander, Stören), so dass der Empfänger nicht sättigt, und bei schwachen Signalen. Ohne AGC würde ein starkes Signal die gesamte Übertragungskette herunterfahren.

Relevanz der EW

Threshold Logik ist ein Ansatz für EW. Ruisjamming drückt die CFAR-Schwelle nach oben und lässt echte Ziele darunter verschwinden (das Radar "sieht" nichts, weiß aber, dass es blockiert ist). Und AGC kann missbraucht werden: Täuschungstechniken wie AGC-Täuschung / umgekehrtes Gewinnspiel mit starken Impulsen, um die Verstärkungssteuerung von Tracking-Radaren zu stören.

Pulskompression und Pulsintegration

Zwei Signalverarbeitungstechniken heben die Leistung von Pulsradaren deutlich über ihre "kalen" Spezifikationen hinaus.

Pulskompression

Das Dilemma der Pulswiederholungsintervall und Pulsbreite: Ein langer Puls gibt Reichweite, ein kurzer Puls gibt Auflösung. Pulskompression liefert beides gleichzeitig. Das Radar sendet einen langen Puls, der intern moduliert ist — Zum Beispiel eine zunehmende Häufigkeit ()Chirp / linear FM) oder ein Phasencode (Barkencode. Der Empfänger "weiß" diese Modulation und komprimiert das lange Echo mit einem passenden Filter auf einen kurzen, hohen Peak.

Entfernungsauflösung mit Kompression: ΔR = c / (2 × B) B = Modulationsbandbreite (Hz) — nicht mehr die Pulsdauer, sondern die Bandbreite bestimmt die Auflösung Verdichtungsverhältnis = PW × B (oft 100) – 10.000
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Ein 100 μs Chirp-Puls mit 10 MHz Bandbreite verhält sich in der Energie wie ein 100 μs Puls (großer Bereich), aber in der Auflösung wie ein 0,1 μs Puls: ΔR = 15 m statt 15 km.

Pulsintegration

Ein Echo kann unter dem Rauschen verschwinden, aber ein Ziel wird während einer Antennenwelle von Dutzenden von Impulsen getroffen. Pulsintegration Setzen Sie diese Echos zusammen. Lärm ist zufällig und teilweise in der Mitte weg; Das Zielecho befindet sich immer an der gleichen Stelle und wächst mit. Dies ist, wie die effektive SNR steigt.

Relevanz der EW

Pulskompression macht auch Radare resistent gegen Stören: Das Matched Filter verstärkt nur Signale mit genau der richtigen internen Modulation. Schade, das den Chirp nicht genau nachahmt, verliert den Kompressionsgewinn — gemeinsam — gegenüber dem echten Echo. Deshalb investieren moderne DRFM (Digital RF Memory) in die exakte Aufnahme und Wiedergabe der Pulsform.