Radar-Physik-Simulator
Beobachte, wie ein einzelner Radarimpuls mit Lichtgeschwindigkeit hinauseilt, an einem Ziel abprallt und zurückkehrt — seine Laufzeit liefert die Entfernung, seine Stärke die Erkennbarkeit, seine Frequenzverschiebung die Geschwindigkeit.
Elektromagnetische Ausbreitung und die Radargleichung 🖖
Radarsysteme senden elektromagnetische Impulse und messen das zurückkehrende Echo. Die maximale Reichweite wird durch die Radargleichung bestimmt: P_r = (P_t * G² * λ² * σ) / ((4π)³ * R⁴), wobei σ der Rückstreuquerschnitt ist. Die R⁴-Abhängigkeit entsteht, da die Leistungsdichte sowohl auf dem Hinweg als auch auf dem Rückweg mit 1/R² abfällt.
Ein Echo, drei Antworten 🖖
Radar sendet einen einzigen Puls aus Radiowellen und liest das zurückkehrende Echo gleich dreifach aus. Die Verzögerung bis zur Rückkehr liefert die Entfernung (R = c·Δt/2, halbiert, weil der Puls den Weg zweimal zurücklegt); die Stärke des Echos verrät, ob das Ziel überhaupt erkennbar ist; und eine Verschiebung seiner Frequenz zeigt, wie schnell sich das Ziel nähert oder entfernt. Merksatz: Licht ist so schnell, dass ein 150 km entferntes Ziel in unter einer Millisekunde antwortet.
Wie ein Flugzeug bei der richtigen Geschwindigkeit verschwindet 🖖
MTI-Radar (Bewegtzielanzeige) unterdrückt Bodenclutter, indem es Echos ignoriert, deren Frequenz sich von Puls zu Puls nicht ändert. Doch ein Ziel, das mit einer Blindgeschwindigkeit fliegt — bei der die Dopplerverschiebung genau auf ein Vielfaches der PRF fällt — wirkt zwischen den Pulsen wie eingefroren und wird zusammen mit den Hügeln herausgefiltert. Diese Geschwindigkeiten folgen v = n·λ·PRF/2; mit λ = 0.1 m und PRF = 1000 Hz liegt die erste bei 50 m/s. Echte Radare wechseln ihre PRF, um diese Lücken zu schließen.
Beispielaufgaben
- Entfernung
- Die R⁴-Wand
- Tarnkappe - Stealth-Ziel mit RCS=0.01 m² auf 120 km — Erfassungsreichweite nur 47 km
- Doppler