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Der Begriff „Kohärenz”


stabile Dauerschwingung als Referenz
1. PRT
2. PRT
3. PRT
zufällige Phasenlage

Bild 1: Entstehung der Kohärenz, kohärente und nichtkohärente Sendeimpulse


stabile Dauerschwingung als Referenz
1. PRT
2. PRT
3. PRT
zufällige Phasenlage

Bild 1: Entstehung der Kohärenz, kohärente und nichtkohärente Sendeimpulse

Was ist ein kohärentes Radar?

Der Begriff „Kohärenz”

Kohärenz beschreibt in einem Impulsradarsystem die Phasenbeziehungen zwischen den Sendeimpulsen. Als kohärent werden die Schwingungen und elektromagnetischen Wellen beschrieben, deren Phasenbeziehungen untereinander konstant sind. Bei Inkohärenz sind diese Phasenbeziehungen statistisch verteilt. Ob ein Radargerät kohärent ist, oder nicht, wird durch die Art des Senders bestimmt. Als Sender können im Radargerät verschiedene Systeme arbeiten, die kohärent, teilweise kohärent oder inkohärent sind.

Nicht-Kohärentes Radar

Ein Sendersystem ist der selbstschwingende POT (Power Oscillator Transmitter). Wenn ein solcher Sender durch den rechtwinkligen Modulationsimpuls ein- und ausgeschaltet wird, dann beginnt dieser Sender in jedem Sendeimpuls mit einer anderen Phasenlage zu schwingen. Diese Phasenlage des Schwingungseinsatzes ist ein rein zufälliger Prozess.

Merke: Selbstschwingende Sender haben von Impuls zu Impuls eine zufällige Phasenlage und sind deshalb nicht kohärent!

Kohärentes Radar

Ein anderes Sendersystem ist der PAT (Power-Amplifier-Transmitter). Bei diesem System besteht der Sender im Kern aus einem Hochleistungsverstärker und wird durch eine hochstabile Dauerschwingung eines Master Generators gespeist, der den Waveform- Generator synchronisiert. Bedingung ist, dass dieser Mastergenerator (Kohärenzoszillator) eine phasenstabile Dauerschwingung liefert. Die einzelnen Sendeimpulse bestehen dann aus Teilabschnitten dieser Dauerschwingung. Radargeräte, bei denen die Phasenbeziehung derart stabil ist, werden voll-kohärent genannt. Die Modulation der Leistungsendstufe des Senders beeinträchtigt nicht die Phasenlage des Sendeimpulses.

Wenn auch die Impulsfolgefrequenz (PRF) aus der Frequenz des Muttergenerators abgeleitet wird, dann startet sogar jeder Sendeimpuls mit der gleichen Phasenlage. Wenn dieser Oszillator so stabil ist, dass über Stunden oder gar Tage keine Abweichung der Phasenlage seiner Schwingung erfolgt, dann ist das Radar nicht nur von Puls-zu-Puls kohärent, sondern auch von Scan-zu-Scan - also auch noch nach der nächsten Umdrehung (oder bei Satelliten: sogar noch nach der nächsten Erdumrundung). Abweichungen würden auftreten, wenn bei der Erzeugung der Schwingung ein sogenanntes Phasenrauschen entsteht.

Merke: Muttergeneratoren kleiner Leistung mit anschließender Hochleistungsverstärkung bewirken eine konstante Phasenlage zwischen den Sendeimpulsen, also eine Kohärenz!

Pseudokohärentes Radar

Durch einen Schaltungstrick sind auch nichtkohärente Radargeräte in der Lage, eine Phasenlage des Echosignals zu bestimmen. Auch wenn der Sender mit zufälliger Phasenlage startet, kann diese Phasenlage durch eine gesteuerte gedämpfte Schwingung über eine gesamte Empfangsperiode für Referenzzwecke erhalten bleiben. Ein stabiler Kohärentoszillator wird durch die Phase des aktuellen Sendeimpulses gezwungen, mit dieser Phasenlage weiter zu schwingen. Der nächste Sendeimpuls beendet jedoch diese Kohärenz, weshalb dieses Verfahren auch “coherent on receive”, also kohärent auf dem Empfangsweg genannt wird.

Vorteile

Dopplerfrequenzen sind Frequenzen im unteren Audiobereich. Bei der kurzen Verweilzeit von Aufklärungsradargeräten auf dem Ziel können nur wenige Treffer erzielt werden. Das sind nur sehr wenige (oft nur eine!) Schwingungsperioden der zu messenden Dopplerfrequenz, viel zu wenig, um direkt als Schwingung gemessen werden zu können. Deshalb muss das Radar die Phasenänderung von Impuls zu Impuls messen, um daraus auf eine Dopplerfrequenz zu schließen.

Der wichtigste Vorteil dieser kohärenten Systeme ist, dass auch sehr kleine Phasenänderungen des Echosignals erkannt werden und so durch den Doppler- Effekt der Einfluss von Festzielen verringert wird. Kohärente Radargeräte haben auch ein besseres Signal-/Rauschverhältnis als nicht-kohärente Systeme.