De pulse radar is de klassieke en nog altijd meest voorkomende radarvorm: de zender staat heel kort aan (de puls) en daarna relatief lang uit, terwijl de ontvanger luistert naar echo's. Uit de looptijd van elke echo volgt de afstand (§ 5.1.2). Deze paragraaf behandelt de parameters die een pulse radar karakteriseren — voor een EW-specialist zijn dit precies de parameters waarmee je een radar identificeert.
Pulse Repetition Frequency
De PRF is hoeveel pulsen een radar per seconde zendt. Weinig pulsen geeft tijd om te wachten op echo's van ver weg; veel pulsen geeft veel metingen per seconde, goed voor snelheid, maar verre echo's raken dan door elkaar.
In de praktijkEen zoekradar van de luchtverdediging werkt met een lage PRF om op honderden kilometers ondubbelzinnig afstand te meten. De radar van een jachtvliegtuig wisselt tussen lage, middelhoge en hoge PRF, afhankelijk van of hij zoekt, een doel volgt of een raket begeleidt — en een RWR herkent die modi juist aan dat ritme (§ 13.2).
De Pulse Repetition Frequency (PRF) is het aantal pulsen dat de radar per seconde uitzendt, uitgedrukt in Hz of pulsen per seconde (pps). Typische waarden lopen van enkele honderden Hz (lange-afstands-surveillance) tot honderdduizenden Hz (pulse-doppler tracking).
De PRF is misschien wel de belangrijkste ontwerpkeuze van een pulse radar, want hij bepaalt een fundamentele afruil:
- Lage PRF → veel luistertijd tussen de pulsen → groot ondubbelzinnig bereik (§ 5.10.5), maar de dopplermeting wordt dubbelzinnig: snelheden zijn niet eenduidig.
- Hoge PRF → dopplermeting eenduidig (goed voor snelheidsbepaling en clutteronderdrukking), maar het ondubbelzinnige bereik wordt klein: range-metingen worden dubbelzinnig.
- Medium PRF → beide een beetje dubbelzinnig; moderne radars lossen dit op door meerdere PRF's af te wisselen (§ 5.10.6).
De PRF is een hoofdbestanddeel van de elektronische vingerafdruk van een radar. ESM-systemen klasseren opgevangen emissies in eerste instantie op frequentie, PRF en pulse width — daarmee is het radartype, en vaak het wapensysteem erachter, te herleiden.
Pulse Repetition Interval en Pulse Width
Het Pulse Repetition Interval (PRI, ook wel pulse repetition time) is de tijd van het begin van de ene puls tot het begin van de volgende. PRI en PRF zijn elkaars omgekeerde:
De Pulse Width (PW, pulsduur, τ) is hoe lang de zender per puls daadwerkelijk aan staat, typisch 0,1 – 100 µs. De verhouding tussen zendtijd en totale tijd heet de duty cycle:
De pulse width is een compromis op zich:
- Korte puls → fijne range-resolutie (§ 5.17.2) en korte minimum range (§ 5.10.4), maar weinig energie per puls → minder bereik.
- Lange puls → veel energie per puls → meer bereik, maar grove range-resolutie en grote minimum range. Pulse compression (§ 5.10.8) doorbreekt dit dilemma.
Binnen één PRI gebeurt dus dit: zenden (PW), dan luisteren tot de volgende puls. De luistertijd (PRI − PW) bepaalt van hoe ver een echo nog kan terugkomen vóór de volgende puls vertrekt.
Peak power en average power van de pulse radar
Bij een pulse radar moet je twee vermogens uit elkaar houden:
- Peak power (Pp): het vermogen tijdens de puls zelf — vaak honderden kilowatts tot megawatts.
- Average power (Pavg): het vermogen gemiddeld over de hele tijd, dus inclusief de lange stiltes. Dit bepaalt de energiehuishouding (voeding, koeling) én — gemiddeld over de tijd — het detectievermogen.
Een radar heeft Pp = 500 kW, PW = 2 µs en PRF = 500 Hz (PRI = 2.000 µs). Duty cycle = 2/2000 = 0,001. Pavg = 500.000 × 0,001 = 500 W. Een half megawatt piek, maar gemiddeld niet meer dan een waterkoker.
Dit verklaart waarom pulse radars zulke enorme piekvermogens kunnen leveren: de zendbuis hoeft maar een fractie van de tijd te werken en kan tussendoor "uitrusten". Het verklaart ook een EW-gegeven: een ontvanger die naar de radar luistert vangt de volle piekvermogen-puls op — dáárom kan een RWR een radar op veel grotere afstand horen dan de radar het vliegtuig kan zien.
Minimum range
Zolang de zender aan staat, kan de ontvanger niet luisteren — de duplexer heeft de antenne aan de zender gekoppeld en de ontvanger is afgeschermd. Een echo die terugkomt tijdens het zenden van de puls gaat dus verloren. Daardoor heeft elke pulse radar een minimum range: doelen dichterbij zijn onzichtbaar.
PW = 2 µs → Rmin = (3 × 108 × 2 × 10-6) / 2 = 300 m. Alles binnen 300 meter is voor deze radar blind gebied. Met PW = 100 µs (lange-afstandspuls) groeit dat naar 15 km!
Daarom gebruiken radars die ook dichtbij moeten kunnen zien (navigatieradars, korte-afstands-verdediging) zeer korte pulsen, en wisselen veel surveillance-radars lange pulsen (ver kijken) af met korte pulsen (dichtbij kijken).
Maximum Unambiguous Range
Na elke puls luistert de radar tot de volgende puls vertrekt. De radar gaat er stilzwijgend van uit dat elke ontvangen echo bij de laatst verzonden puls hoort. Komt een echo van een heel ver doel pas binnen ná de volgende puls, dan wordt hij aan de verkeerde puls toegeschreven en op een veel te korte afstand geplaatst: een second-time-around echo. De afstand waarbinnen geen verwarring kan ontstaan heet de Maximum Unambiguous Range (Rmax,unamb):
PRF = 1.000 Hz → PRI = 1 ms → Rmax,unamb = (3 × 108 × 0,001)/2 = 150 km. Een doel op 180 km levert zijn echo pas 1,2 ms na de puls — dus 0,2 ms ná de volgende puls — en verschijnt vals op (0,2 ms × c)/2 = 30 km.
Hier zie je de PRF-afruil van § 5.10.1 in zijn puurste vorm: hoe hoger de PRF, hoe kleiner het ondubbelzinnige bereik. Een early-warning radar die 400 km ver moet kijken mag hooguit PRF ≈ 375 Hz gebruiken; een pulse-doppler radar met PRF = 100 kHz heeft maar 1,5 km ondubbelzinnig bereik en moet zijn range-metingen via slimme trucs reconstrueren (§ 5.10.6). Wat "dubbelzinnig" hier precies betekent — en waarom hetzelfde probleem ook in het snelheidsdomein bestaat — wordt uitgediept in § 5.18.
PRI-modulatie
Veel radars houden hun PRI niet constant maar variëren hem bewust: PRI-modulatie. De belangrijkste vormen en hun doel:
| Vorm | Wat gebeurt er | Waarom |
|---|---|---|
| Constant (fixed) | vaste PRI | eenvoud; maar voorspelbaar en dubbelzinnig |
| Staggered PRI | vaste reeks van 2–8 verschillende PRI's, herhalend | blinde snelheden van MTI opheffen (§ 5.11), second-time-around echo's ontmaskeren |
| Jittered PRI | PRI varieert (pseudo)willekeurig per puls | moeilijk te voorspellen voor deceptie-jammers; beschermt tegen valse-echo-technieken |
| PRF-switching / dwell-switch | blokken pulsen met telkens een andere PRF | range- en doppler-dubbelzinnigheden oplossen (medium-PRF radars) |
| Sliding PRI | PRI loopt geleidelijk op of af | o.a. eclipsing voorkomen, dubbelzinnigheden verschuiven |
Hoe lost PRI-variatie dubbelzinnigheden op? Een echte echo van binnen Rmax,unamb blijft op dezelfde afstand staan, welke PRI je ook kiest. Een second-time-around echo "springt" in schijnbare afstand zodra de PRI verandert — en valt daardoor door de mand. Hetzelfde principe geldt in het dopplerdomein voor snelheden.
PRI-modulatie is een tweesnijdend zwaard. Voor de radar is het bescherming; voor de ESM-operator is het patroon van de PRI-modulatie (stagger-reeks, jitterdiepte) juist een extra identificatiekenmerk. Moderne deceptie-jammers moeten de PRI voorspellen om valse echo's vóór de echte te kunnen plaatsen — jitter maakt dat fundamenteel moeilijker.
Threshold, Constant False Alarm Rate en Automatic Gain Control
Een radar moet beslissen wat een doel is en wat alleen ruis. Hij legt daarvoor een lat: alles erboven telt als doel. Wordt het rumoeriger, dan schuift de lat automatisch omhoog, anders ziet hij overal valse doelen.
In de praktijkPrecies daar grijpt noise jamming aan: de jammer maakt de ruis zo hoog dat de lat stijgt en zwakke echo's eronder verdwijnen. Op het scherm zie je een sector "dichtsneeuwen" en verdwijnen de doelen erin (§ 11.3.1).
Wanneer "ziet" een radar een doel? Als het ontvangen signaal boven een drempel (threshold) uitkomt. De keuze van die drempel is een fundamenteel dilemma:
- Drempel te laag → ruispieken komen er overheen → valse alarmen, het scherm "sneeuwt dicht" en de processor raakt overbelast.
- Drempel te hoog → zwakke doelechos blijven eronder → gemiste detecties.
Een vaste drempel werkt slecht omdat de achtergrond (ruis + clutter + jamming) per richting en afstand enorm verschilt. Daarom gebruiken radars een Constant False Alarm Rate (CFAR)-processor: voor elke cel die wordt getest meet de processor het achtergrondniveau in de omliggende cellen en legt de drempel daar een vaste marge boven. Het resultaat: het aantal valse alarmen per seconde blijft constant, ongeacht of de achtergrond stil is of vol clutter staat.
Daarnaast beschermt Automatic Gain Control (AGC) de ontvanger: AGC regelt de versterking automatisch terug bij sterke signalen (dichtbije doelen, sterke clutter, jamming) zodat de ontvanger niet verzadigt, en omhoog bij zwakke signalen. Zonder AGC zou één sterk signaal de hele ontvangstketen dichtdrukken.
Drempellogica is een aangrijpingspunt voor EW. Ruisjamming duwt de CFAR-drempel omhoog waardoor echte doelen eronder verdwijnen (de radar "ziet" niets, maar wéét dat hij gejammed wordt). En AGC kan misbruikt worden: deceptie-technieken zoals AGC-deception/inverse gain spelen met sterke pulsen om de versterkingsregeling van tracking-radars te ontregelen.
Pulse compression en pulse integration
Een lange puls bevat veel energie maar meet de afstand wazig; een korte puls meet scherp maar draagt weinig energie. De truc: zend een lange puls met een oplopende toon, en laat de ontvanger hem samendrukken tot een korte.
In de praktijkModerne solid-state radars, met transistoren in plaats van zendbuizen, kunnen geen enorme piekvermogens maken. Ze zenden daarom lange, gemoduleerde pulsen en halen zo toch een groot bereik én een scherpe afstandsmeting. Bijkomend voordeel: een jammer zonder exacte kopie van die modulatie verliest veel van zijn effect (§ 11.4.7).
Twee signaalbewerkingstechnieken tillen de prestaties van pulse radars ver boven hun "kale" specificaties uit.
Pulse compression
Het dilemma van § 5.10.2: een lange puls geeft bereik, een korte puls geeft resolutie. Pulse compression levert beide tegelijk. De radar zendt een lange puls die intern gemoduleerd is — bijvoorbeeld een oplopende frequentie (chirp / lineaire FM) of een fasecode (Barker-code). De ontvanger "kent" die modulatie en comprimeert de lange echo met een matched filter tot één korte, hoge piek.
Een 100 µs chirp-puls met 10 MHz bandbreedte gedraagt zich qua energie als een 100 µs-puls (groot bereik) maar qua resolutie als een puls van 0,1 µs: ΔR = 15 m in plaats van 15 km.
Pulse integration
Eén echo kan onder de ruis verdwijnen, maar een doel wordt tijdens één antennezwaai door tientallen pulsen geraakt. Pulse integration telt die echo's bij elkaar op. Ruis is willekeurig en middelt deels weg; de doelecho zit telkens op dezelfde plek en groeit mee. Zo stijgt de effectieve SNR.
- Coherente integratie (vóór detectie, met fase-informatie): n pulsen → SNR-winst tot factor n.
- Niet-coherente integratie (na detectie, alleen amplitude): minder winst (~√n), maar eenvoudiger.
Pulse compression maakt radars ook bestand tegen jamming: het matched filter versterkt alleen signalen met precies de juiste interne modulatie. Een jammer die de chirp niet exact nabootst verliest de compressiewinst — vaak een factor 1000 — ten opzichte van de echte echo. Daarom investeren moderne DRFM-jammers (Digital RF Memory) juist in het exact opnemen en naspelen van de pulsvorm.