RADAR [] ist die Abkürzung für engl. Radio Detection And Ranging (frei übersetzt „funkgestützte Ortung und Entfernungsmessung“, von der deutschen Wehrmacht vor und während des Zweiten Weltkriegs als Funkmessgerät bezeichnet) und die Bezeichnung für Ortungsverfahren, die durch Aussendung elektromagnetischer Wellen eines Radar-Sensors aus den empfangenen passiven oder aktiven Echos bzw. Reflexionen an Zielobjekten Informationen über das Ziel im Empfänger des Radar-Sensors detektieren; dies können z. B. die Schräg-Entfernung (engl. Slant Range Distance), Azimut und/oder Elevation zwischen Radar-Sensor und Zielobjekten, sowie deren Geschwindigkeit sein.
Die Radarsensoren, die eine Erfassung aufgrund der abgestrahlten hochfrequenten Strahlung und dem Empfang und Auswertung der passiven an den Zielobjekten reflektierten hochfrequenten Strahlung durchführen, zählen zu den Primary Surveillance Radars (engl. PSR, dt. Primärradaranlagen). Sowohl PSR-Sender, als auch PSR-Empfänger und ihre Antennen können an zwei (s. Bistatisches Radar) oder mehreren Standorten stehen.
Radarsysteme, die eine Ortung von Zielobjekten durch aktive Abfragen (engl. Interrogations) und Antworten (engl. Replies) eines Transponders in Luftfahrzeugen durchführen gehören zu den sogenannten Secondary Surveillance Radar-Sensoren (SSR, dt. Sekundärradar). Der Begriff Transponder ist abgeleitet von den englischen Begriffen Transmitter und Responder. Sowohl das von der zivilen Luftfahrt verwendete und von der ICAO standardisierten SSR, als auch das militärische IFF-System nutzen für Interrogations die Mittenfrequenz 1030 MHz und für Replies der Transponder von Luftfahrzeugen die Mittenfrequenz 1090 MHz. Im Gegensatz zu PSR-Radarsensoren können SSR-Sensoren zusätzlich zur Schrägentfernung (engl. Slant-Range) und Azimut bezogen auf die Antennenrichtung während der Abfrage weitere Informationen liefern. Durch Verwendung mehrerer Interrogation-Modes, und speziell bei Mode S einer zusätzlichen Daten-Link-Funktion und definierter Puls-Telegramme für die Replies können unter anderem die Kennung und die barometrische Höhe eines Luftfahrzeuges bestimmt werden.
Seit Einführung von dem auf der Funktionalität von auf SSR Mode S-aufbauenden ADS-B-Squitter (engl. Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) gibt es auch eine quasi passive RADAR-Erfassung die man als MLAT-System (engl. MultiLATeration) bezeichnet. Bei auf Mode S-aufbauenden MLAT-Systemen strahlen Mode S-fähige Transponder in Luftfahrzeugen mindestens einmal pro Sekunde Mode S-ADS-B Squitter-Puls-Telegramme ab. Dies nennt man „squittern“, da hierzu im Gegensatz zu den SSR-Modes A, C und S keine Abfrage (engl. Interrogation) des Transponders nötig ist. Durch die räumliche Verteilung der MLAT-Sensoren treffen die Mode S ADS-B Squitter eines Luftfahrzeuges, je nach Schrägentfernung (engl. Slant Range Distance) zum MLAT-Sensor mehr oder weniger verzögert an den MLAT-Sensoren ein (s. Lateration). Jeder MLAT-Sensor misst die Ankunftszeit. Das MLAT-System berechnet dann aus der Differenz der Zeitverzögerungen (TDOA, engl. Time Difference Of Arrival) beim Empfang der Signale an den verschiedenen MLAT-Sensoren die Position von Luftfahrzeugen von derzeit auf besser als ≤ 30 m Genauigkeit.
Der Erfassungsbereich der meisten Radar-Systeme ist auf den Radiohorizont (engl. Radio Line Of Sight, RLOS) begrenzt, eine Ausnahme sind Überhorizontradare. Je nach Aufgabe der Radarsensoren dienen sie z. B. zur Ortung von Land-, Wasser-, Luft- und/oder Raumfahrzeugen, Erfassung von Wetter oder Gelände-Profilen.
R-A-D-A-R war die Bezeichnung/der Code-Name für die geheime Entwicklung von Radar in den USA seit ca. 1938 und wurde erstmals um circa 1943 öffentlich verwendet. Die meisten Informationen zur Entstehung des Begriffs Radar finden sich in Publikationen, die jedoch keine Referenzen als Beleg aufführen. Zum Teil wurden von Autoren in Veröffentlichungen auch eigene Deutungen für Radar verwendet, z. B. RAdio Direction And Ranging. Im Deutschen wurde bis zur später weltweit akzeptierten Nutzung von Radar Funkmeßtechnik beziehungsweise Funkmessgerät verwendet.Die indirekte Distanzmessung mit Radar, Pionier, Zeitschrift für Übermittlungstruppen, Nummer 1, Januar 1949
mini|Antenne des ALTAIR-Radars mit 46 m Durchmesser, wird zur Vermessung von Satellitenpositionen genutzt
Allgemeines mini|Radarmonitor in der Flugüberwachung eines Flugzeugträgers
Bei Radar-Sensoren wird unterschieden zwischen sogenanntem Primärradar (engl. PSR), das durch Aussendung von elektromagnetischen Wellen durch den PSR-Radar-Sensor aus den empfangenen passiven Echos bzw. Reflexionen an Zielobjekten Informationen über das Ziel im Empfängern des Radar-Sensors detektiert, und Sekundärradar (engl. SSR), das durch aktive Replies (dt. Antworten) eines Transponders auf eine Interrogation (dt. Abfrage) mit Informationen antwortet.
Je nach benötigtem Verwendungszweck können mit PSR-Radar-Sensoren verschiedene Informationen über die Zielobjekte gewonnen werden, z. B. die Schräg-Entfernung (engl. Slant Range Distance), Azimut und/oder Elevation referenziert auf den Standort des Radar-Sensors. Andere PSR-Nutzungen ermitteln nicht einzelne Ziele, sondern großflächig Informationen; Beispiele: Wetterradare ermitteln die Intensität von Regenwolken und/oder Windgeschwindigkeit, Wall- oder Ground-Probing-Radar-Sensoren die Beschaffenheit der Wände bzw. des Bodens, die Geländetopographie.
Aus den empfangenen, vom Objekt reflektierten Wellen können u. a. folgende Informationen gewonnen werden: der Azimut des Zielobjektes, an dem das Radar-Signal reflektiert wurde, bezogen auf den Standort des RADAR-Sensors, der Winkel bzw. die Richtung zum Zielobjekt bezogen auf den Standort des RADAR-Sensors die Schräg-Entfernung (englisch: ) zwischen dem Radar-Sensor und dem Objekt, an dem das Radar-Signal reflektiert wird, berechnet aus der gemessenen Laufzeit zwischen Aussendung des Radar-Signals und Empfang des vom Zielobjekt reflektierten Echo-Signals, bzw. bei FM-CW-Radaren aus der Frequenz- oder Phasenverschiebung. die vertikale Höhe zwischen Radar-Sensor eines Radar-Altimeters in Luftfahrzeugen und dem Erdboden die Relativbewegung zwischen dem Radar-Sensor und dem Ziel-Objekt kann z. B. bei Puls-Radaren durch den Doppler-Effekt aus der Verschiebung der Frequenz oder Phase des reflektierten Signals berechnet werden, außer wenn sich das Zielobjekt in einem Kreisflug befindet oder die Phasenverschiebung gleich bleibt die Stärke der am Zielobjekt reflektierten Echos, die von Echo zu Echo aber aufgrund variierender Reflexionsfläche (en. Radar Cross Section, dt. Radarquerschnitt) variiert das Aneinanderreihen einzelner Messungen liefert die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zielerfassungen zurückgelegte Wegstrecke (engl. track) des Zielobjektes (s. Tracker) die Absolutgeschwindigkeit des Objektes bei guter Auflösung des Radars können Konturen des Objektes erkannt werden (z. B. der Flugzeugtyp) oder sogar Bilder gewonnen werden (Erd- und Planetenerkundung) bei Wetterradaren (engl. Weather Radar, abgekürzt Wx-Radar) werden aus den Echos z. B. Informationen über die Intensität von Regenwolken und/oder Windgeschwindigkeit (Wind-Profiler) erhalten
Die sich ausbreitende elektromagnetische Welle des Radars wird mitunter auch ungenau als RadarstrahlungEkbert Hering, Rolf Martin: Optik für Ingenieure und Naturwissenschaftler: Grundlagen und Anwendungen. Carl Hanser Verlag, 2017, ISBN 3-446-44509-9 bezeichnet. Man spricht auch von einem Radarstrahl,Eugene Hecht: Optik 4. Auflage. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-27359-0 insbesondere wenn die Abstrahlung von dem Radargerät aufgrund des Antennenentwurfs weitgehend gebündelt in eine Richtung erfolgt. Je nach verwendeter Antenne variiert das vertikale und horizontale Antennendiagramm in Breite, Azimut und Elevation. Die Strahlungscharakteristik kann durch einen vertikalen Tilt (dt. Neigung) der Antenne angepasst werden. Ferner kann das Antennendiagramm mechanisch oder elektronisch vertikal und/oder horizontal geschwenkt werden. Je nach Anwendung kommen andere vertikale Antennen-Elevations-Diagramme zum Einsatz. Diese können z. B. in Referenz auf die Horizontale symmetrisch oder cosec²-förmig sein. Das Gleiche gilt für die Form, Breite und Gewinn des Mainbeams im Azimut (s. Keulenform).
Da die Wellenlänge des Radars je nach Anwendung und Stand der Technik im Bereich der Funkwellen im Kurz- bis Mikrowellenbereich liegt, wurde ursprünglich die Bezeichnung Funkmeßtechnik (kurz Funkmeß) verwendet. Sie wurde nach dem Zweiten Weltkrieg in der Bundesrepublik Deutschland durch den Begriff Radar ersetzt. In der DDR wurde in der Fachsprache weiterhin von Funkmeßtechnik gesprochen.
Geschichte
Entdeckung mini|Das Radom der Radarantenne der Fraunhofer-Gesellschaft (vormals FGAN) in Wachtberg mini|Radom, die die Radarantenne eines französischen Kriegsschiffs schützt (1998)
1886 stellte der deutsche Physiker Heinrich Hertz beim experimentellen Nachweis elektromagnetischer Wellen fest, dass Radiowellen an metallischen Gegenständen reflektiert werden. 1900 wurde von Nikola Tesla ein Rückstrahlortungsgerät vorgeschlagen.
Die ersten Versuche zur Ortung mit Hilfe von Radiowellen führte der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer im Jahr 1904 durch. Er fand heraus, dass von Metallflächen zurückgeworfene elektromagnetische Wellen verwendet werden können, um entfernte metallische Objekte zu detektieren. Sein Telemobiloskop zur Erkennung von Schiffen gilt als Vorläufer heutiger Radarsysteme und wurde am 30. April 1904 zum Patent angemeldet, das wegen fehlender technischer Voraussetzungen (Elektronenröhre noch nicht verfügbar) nicht realisierbar war. Der Nutzen der Radartechnik wurde jedoch zunächst nicht erkannt, und so geriet die Erfindung vorläufig in Vergessenheit.
Entwicklung moderner Radarsysteme im Zweiten Weltkrieg
Der Durchbruch der Radartechnik folgte kurz vor dem und im Zweiten Weltkrieg. Im Zuge der militärischen Aufrüstung in dieser Zeit wurden ab Mitte der 1930er Jahre in mehreren Ländern unabhängig voneinander intensiv Radargeräte und -systeme entwickelt, besonders von Deutschen und Briten. Die Briten hielten ihr System bewusst einfach. Am 24. September 1937 war die Anlage in Bawdsey die erste operationelle Radarstation der Welt, gefolgt von den weiteren Standorten der Chain Home genannten Frühwarnkette.A world first – the story of Bawdsey Radar
Bei Kriegsbeginn 1939 gab es zudem in den USA, in der Sowjetunion, in Frankreich, Japan, Italien und den Niederlanden Radaranlagen.
Im September 1935 hatte die GEMA in Berlin als erste ein voll funktionsfähiges Funkmessgerät präsentiert. Auf deutscher Seite wurden mehrere Typen mobiler Radaranlagen entwickelt und gebaut. Neben der GEMA, die das System Seetakt und dessen Ableitungen Freya, Mammut und Wassermann entwickelte, war Telefunken mit den Systemen Würzburg und Würzburg-Riese maßgeblich an der deutschen Radartechnik beteiligt. Am 18. Dezember 1939 flog die Luftwaffe mit Daten von einem Freya-Radar ihren ersten radargeleiteten Abfangeinsatz gegen 22 britische Bomber, die einen Angriff auf Wilhelmshaven flogen. Beim Luftgefecht über der Deutschen Bucht gelang es ihr, zwölf davon abzuschießen und drei schwer zu beschädigen. Das deutsche Abwehrsystem gegen Bombergeschwader, die Kammhuber-Linie, führte über eine Länge von mehr als 1000 km von Dänemark bis Nordfrankreich.