Ergänzung 2.16: Das Seitensichtradar (1/3)

Messprinzip

Das Seitensichtradar (SLAR) ist ein aktiver Sensor, der Pulse im Mikrowellenbereich aussendet und die an einem Objekt zurückgestreute Strahlung empfängt. Seine Komponenten sind der Sender und Empfänger, der Verstärker, das Aufzeichnungsgerät und - von außen besonders gut sichtbar - eine stabförmige Antenne, die an der Unterseite des Flugzeugs montiert ist, wie es auf den Bildern der Seite 7 in Kapitel 2 zu sehen ist.

Die SLAR-Antenne sendet einen Fächerstrahl aus, der horizontal sehr schmal und vertikal sehr breit und - bezogen auf den Flugkurs - seitab gerichtet ist. Trifft dieser kurze Puls auf ein Objekt, so entsteht ein in Richtung des Flugzeugs reflektiertes Signal. Seine Intensität hängt vom Abstand zwischen Antenne und Objekt ab, aber auch von der Beschaffenheit des Objekts, insbesondere von seiner Rauigkeit und der Orientierung seiner reflektierenden Oberflächenelemente. Diese Eigenschaften des Objekts werden durch den sogenannten Radar-Streuquerschnitt beschrieben.

Geometrie des SLAR-Messverfahrens und geometrische Auflösung am Boden. Die SLAR-Antenne (rot hervorgehoben) hat die Länge $\ell$ und ist an der Unterseite des Flugzeugs montiert. Seine Flughöhe ist H. Wir betrachten einen Ausschnitt des Strahls, der unter dem Nadirwinkel θ emittiert wird. Das rot markierte Element bezeichnet ein im Abstand R bestrahltes Volumen. Die weiteren Größen sind im Text genannt.

Das zeitaufgelöst empfangene Radarsignal enthält die Information der Pulsantwort quer zur Flugrichtung und erzeugt nach seiner Aufbereitung eine Linie des Radarbilds. Die Verarbeitung der nächsten Linie im Radarbild beginnt erst nachdem das Flugzeug eine bestimmte Strecke weiter geflogen ist. Durch die Wiederholung dieses Vorgangs entsteht ein zweidimensionales Bild der am Boden zurückgestreuten Radarpulse. Die Aufzeichnungsgeschwindigkeit wird so gewählt, dass das Bild bezogen auf den Flugkurs in Quer- und Längsrichtung einen möglichst einheitlichen Massstab aufweist. Da die Entfernung (der Abstand R) zwischen Antenne und Objekt am Boden durch eine Laufzeitmessung bestimmt wird, ist das Bild in gewissem Umfang durch die Abweichung zwischen dem Abstand R und der horizontalen Distanz ρ am Boden verzerrt.

Die horizontale Strecke, die für die Bilderzeugung praktisch genutzt werden kann, ist die Abtastbreite. Sie ergibt sich aus dem vertikalen Strahlwinkel der Antenne. Signale aus dem unmittelbaren Nadirbereich unterhalb des Flugzeugs können wegen der dauerhaft hohen zurückgestreuten Signale nicht genutzt werden. Bei sehr großen Abständen werden hingegen die Signale sehr klein und gleichzeitig die geometrisch aufgelösten Bodenelemente (die Pixel) sehr groß, woraus sich die Obergrenze des Abtastbereichs ergibt.

Radar lässt sich fast unabhängig von den Wetterbedingungen einsetzen. Die Ursache liegt in den Radarwellenlängen, die im Zentimeterbereich liegen und somit sehr viel größer sind als etwa die in den Wolken oder im Regen enthaltenen Wassertropfen. Daher werden Radarstrahlen nur gering in der Atmosphäre gestreut. Radar wird daher durch schlechte optische Sichtweiten nicht beeinträchtigt, was ein Vorteil gegenüber optischen Messverfahren darstellt. Als aktiver Sensor kann Radar auch Tag und Nacht genutzt werden.

Typische Eigenschaften von SLAR-Instrumenten für Flugzeuge:

• Mikrowellenfrequenz: f = 10 GHz
• Wellenlänge: λ = 3 cm
• Pulslänge: τ = 50 ns
• Pulsspitzenleistung: P = 10 kW
• Pulswiderholfrequenz: f = 50 Hz
• Antennenlänge: $\ell$ = 3 m
• horizontaler Antennenöffnungswinkel: θ_a = 0,5°
• vertikaler Antennenöffnungswinkel: 50°