Supplement 2.16: De zijwaarts kijkende luchtradar (1/3)

Werkingsprincipe

De "side-looking airborne radar (SLAR)" (zijwaarts kijkende luchtradar) is een actieve sensor, die impulsstraling in het microgolfbereik uitzendt en de weerkaatsing van een doel ontvangt. Naast een zender-ontvanger, een versterker en een registratietoestel bezit deze een staafvormige antenne die aan de onderkant van een vliegtuig is bevestigd, zoals te zien is op de beelden op pagina 7 in hoofdstuk 2.

De SLAR-antenne zendt een waaiervormige straal uit die in horizontale richting smal en in verticale richting breed is, en zijwaarts van de vluchtbaan gericht is. Wanneer de korte impuls een doel raakt, keert een weerkaatst signaal terug naar het vliegtuig. Behalve van de afstand tussen antenne en doel hangt de sterkte van het signaal ook af van het type doel, vooral van de ruwheid ervan en de oriëntatie van de weerkaatsende oppervlakte-elementen. Deze eigenschappen van het doel worden gekarakteriseerd door de zogenaamde radardoorsnede.

Geometrie van de werking van de SLAR en ontbonden oppervlakte. De SLAR-antenne (in rode kleur) met lengte $\ell$ is gemonteerd aan de onderkant van het vliegtuig op vlieghoogte H. Een sectie van de uitgezonden straal bij nadir-hoek θ wordt bekeken. Het rood gekleurde element geeft een bestraald volume aan op de afstand R. Andere parameters worden in de tekst uitgelegd.

Het tijdsafhankelijk ontvangen signaal geeft informatie over de impulsecho in de richting dwars op de baan en wordt verwerkt om één radarbeeldlijn te geven. De verwerking van de volgende beeldlijn begint, wanneer het vliegtuig zich over een bepaalde afstand verplaatst heeft. Het herhalen van dit proces levert een tweedimensionaal beeld op van de teruggekaatste radarecho's van de grond. De registratiesnelheid wordt zo ingesteld dat de schalen van het beeld in lengte- en dwarsrichting van de baan bijna gelijk zijn. Aangezien de rechte afstand (schuin vlak R) van de antenne tot een doel bepaald wordt door een meting van het tijdsverloop, wordt het beeld enigszins vervormd door het verschil tussen het schuine vlak en de horizontale afstand of het grondvlak ρ.

Het horizontale vlak van signaalecho's, die voor de beeldopbouw gebruikt kunnen worden, is de strookbreedte. Deze volgt uit de verticale straalhoek van de antenne. Signalen dicht bij nadir van onder het vliegtuig kunnen niet gebruikt worden vanwege de permanente hoge weerkaatsing van impulsen van de grond terug naar de antenne. Bij lange afstand worden de signaalintensiteiten laag, terwijl pixel-groottes groot zijn, wat de bovengrens van de strookbreedte bepaalt.

Radar is bijna onafhankelijk van weersomstandigheden. Dit komt omdat radargolflengtes in het centimeterbereik veel groter zijn dat waterdruppels in wolken en regen, en daarom worden radarimpulsen niet in de atmosfeer verstrooid. Dus heeft radar geen last van een lage optische zichtbaarheid, wat een voordeel is vergeleken met optische instrumenten. Radar kan bij dag en bij nacht als actieve sensor gebruikt worden.

Typische karakteristieken van SLAR in de lucht zijn:

• frequentie van de microgolf: f = 10 GHz
• golflengte van de microgolf: λ = 3 cm
• lengte van radarimpuls: τ = 50 ns
• piekvermogen van radarimpulse: P = 10 kW
• herhalingsfrequentie van radarimpulse: f = 50 Hz
• antennelengte: $\ell$ = 3 m
• horizontale straalbreedtehoek van antenne: θ_a = 0.5°
• verticale straalbreedtehoek van antenne: 50°