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RADAR Mathe
Grundgleichung der Funkortung
Strahlenschutz EMF
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Querverweis : Grundlagen Fla ,
Antennen
Strahlschwenkung und Grundlagen |
Chaff wir zur Maskierung von
Flugzeugen und Flugkörpern eingesetzt. Hinter dem Chaff können die Absichten
und Angriffsformation nur unter technischem Aufwand beobachtet werden.
Durch den erzwungenen Einsatz von Störschutz nimmt die
Vernichtungswahrscheinlichkeit der Fla Systeme ( Raketenabwehr ) ab.
Zielkoordinatenbestimmung wird ungenau, die Vernichtungswahrscheinlichkeit
nimmt ab. Die " Nichtsichtbarkeit " der Ziele im Chaff stellte in den
Anfangsjahren die Hürde für RADAR dar und der Einsatz von Chaff zielte auf
diesen Zweck.
Siehe auch : Wie wird die
Koordinatenbestimmung unter Chaff ( Düppel ) und Jamming
beeinflusst ?
Heute wird durch Chaff die Kill-Effizienz gedrückt.
Funkzünder von Fla Raketen können durch Chaff vorzeitig detonieren. In der
Vergangenheit wurde mit dem Einsatz von Chaff auch eigene Absicht verborgen ,
heute zielt Chaff mehr auf den Eigenschutz der angreifenden Flugzeuge ( oder
Raketen gegen die Raketenabwehr )
Chaffeinsatz wirkt wie jamming
psychologisch negativ
auf die Kampfbesatzungen der Fla Systeme und sollte auch deswegen eingesetzt
werden.
Chaff wurde von deutschen Radartechnikern im 2.
Weltkrieg erfunden. ( Düppel , bei Berlin ) Die Bedeutung zur Niederhaltung
von RADAR wurde sofort erkannt und diese Erfindung sofort verborgen um
dem Feind ( England ) keinen Hinweis zu geben. Beim der Bombardierung von
Hamburg 1944 kam Chaff durch die Britten zum Einsatz.
Flugzeuge sind hinter dem Chaff wegen dessen
Reflexionen nicht sichtbar. ( wenn die Düppeldichte und Pakete -Anzahl pro
Flugmeter richtig gewählt werden )
Die Ziele können vor , hinter oder innerhalb der Wolke fliegen. Bei optimalem
Einsatz des Chaff ( je Impuls des RADAR ein Packet), wird das
Ziele optimal maskiert.
Verschiedene Länder nutzen verschiedene Taktiken :
Von Russland ist der Einsatz in de vorderen Halbsphäre bekannt . Chaff wird über Rakete in den Bereich vor der anfliegenden Formation gebracht.
Bekannt ist der Einsatz von Metallpulver ( wirkt gegen alle Frequenzen und Aerosolen )
Neben der Maskierung und Beeinflussung von Funkzündern anfliegender Fla Raketen
( vorzeitige Detonation ) beeinflusst Chaff die
Bestimmung der Koordinaten des Luftzieles durch die Raketenleitstation /
RADAR negativ und Erhöht die Ablage im
Treffpunkt im Ziel.
Chaff bewirkt bei Anstrahlung Fluktuationen und Verzerrungen der Zielsignale
. ( Ziel innerhalb der Chaff Wolke , oder hinter der Chaffwolke ). Die
Zielbegleitung / Tracking wird unruhiger , die Ablage der Fla Rakete im
Treffpunkt wird größer.
Chaff kann in Antennen mit digitaler ( Prozessor )
Zielzeichenbearbeitung überlasten. Bei genügend hoher Auflösung
werden einzelne Düppel als einzelnes potentielles Zielzeichen wahrgenommen und
bewertet. Auch mit intelligenten Algorithmen muss dem Prozessor erst einmal
beigebracht werden , Chaff , Bodenclutter und Ziel voneinander zu
unterschieden . Wirkungsvoll ist das beleuchten ( jamming ) von ausgeworfenem
Chaff . Chaff / Düppel lassen sich auch durch gemahlenes Metallpulver oder
Aerosole darstellen .
Düppel , Chaff oder
Windows werden passive
Störungen bezeichnet , die von Raketen,
Flugzeugen etc abgestoßen /abgeworfen werden
um sich gegen Radarstrahlung zu tarnen.
Die Tarnung erfolgt nach dem Prinzip ,das
das Flugzeug hinter der Reflexion an der
Wolke nicht mehr sichtbar ist.
Genutzt werden : Plastikstreifen, Folie (aufge-
dampftes Metall, Folie, Metallpulver und
Aerosole.
Chaff (Düppel ) wird auch zum Eigenschutz
von Flugzeugen bei anfliegenden Fla Raketen
genutzt. Funkzünder (aktive) fassen die
Reflexionen an der Wolke auf und können
detonieren - das Flugzeug bleibt unbehelligt.
In Verbindung mit aktiven elektronischen
Störungen (jamming) sind passive Störungen
(Düppel) sehr effektiv um Radarstationen
der Luftverteidigung zu stören , zu
unterdrücken und den Anflug von feindlichen
Flugzeugen zu verbergen.
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Das Feuerleitradar der
Luftverteidigung wird durch
Chaff beeinflusst , gestört bzw. unterdrückt.
Chaff ist ein Mittel der elektronischen Kriegsführung
und der Taktik.
Neben Verringerung der
Empfängerempfindlichkeit
und Reichweitenverringerung
kommt es
zu Drehungen der Polarisationsebene der
empfangenen Wellen. Verringerung der
effektiven Reflexionsfläche für Objekte in der Düppelwolke sind die Folge.
Das Spektrum der empfangenen Frequenzen/Wellen
nimmt zu.
Chaff wurde während amerikanischer
Luftangriffe auf Nordvietnam (
linebaker
II )
gegen die Luftverteidigung massiv eingesetzt. 1972
© 2004 Skarus |
Flugzeuge sind hinter dem Chaff wegen dessen
Reflexionen nicht sichtbar. ( wenn die Düppeldichte und Pakete -Anzahl pro
Flugmeter richtig gewählt werden )
Die Ziele können vor , hinter oder innerhalb der Wolke fliegen. Bei optimalem
Einsatz des Chaff ( je Impuls des RADAR ein Packet), wird das
Ziele optimal maskiert.
Verschiedene Länder nutzen verschiedene Taktiken :
Von Russland ist der Einsatz in de vorderen Halbsphäre bekannt . Chaff wird über Rakete in den Bereich vor der anfliegenden Formation gebracht.
Bekannt ist der Einsatz von Metallpulver und Aerosolen ( wirkt gegen alle Frequenzen )
Neben der Maskierung und Beeinflussung von Funkzündern anfliegender Fla Raketen
( vorzeitige Detonation ) beeinflusst Chaff die
Bestimmung der Koordinaten des Luftzieles durch die Raketenleitstation /
RADAR negativ und Erhöht die Ablage im
Treffpunkt im Ziel.
Chaff bewirkt Fluktuationen und
Verzerrungen der Zielsignale . ( Ziel innerhalb der Chaff Wolke , oder hinter
der Chaffwolke ). Die Zielbegleitung / Tracking wird unruhiger , die Ablage der
Fla Rakete im Treffpunkt wird größer.
Chaff kann in Antennen mit digitaler (
Prozessor ) Zielzeichenbearbeitung RADAR Systeme überlasten. Bei genügend hoher
Auflösung werden einzelne Düppel als einzelnes potentielles Zielzeichen
wahrgenommen und bewertet. Auch mit intelligenten Algorithmen muss dem Prozessor
erst einmal beigebracht werden , Chaff , Bodenclutter und Ziel voneinander
zu unterschieden . Systeme lassen sich überlasten und verlangsamen .
03/2008 Ska
1/2009
Chaff Ausstoßer am Flugzeug Bild :
Autor. Wird heute ( 2005 ) so nicht mehr verwendet.
In optischen
Systemen der Zielbegleitung
(tracking über Radar . TV Kamera zur Kontrolle)
sind Pendelbewegungen um das Ziel zu
beobachten. Die Vernichtungswahrscheinlichkeit
wird abnehmen.
Düppel müssen für jede Frequenz
optimiert werden. Länge ca. 0,5
Wellenlänge. In Abhängigkeit der
Quermaße und Dicke liegt der Wert
bei 0,47.
sO : effektive Reflexionsfläche des Düppel
in Abhängigkeit der Wellenlänge
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Die Reflexionsfläche nimmt mit zunehmender
Sendefrequenz ab. Mit anderen Worten, für
ein Radar im dm Bereich benötigt man
weniger Düppel (aber mit größeren Ausmaßen)
während für die Störung im cm Bereich die
Anzahl der Düppel stark ansteigt.
Düppel können vor oder hinter dem Flugzeug
ausgebracht werden. (Russland gebraucht den
Begriff , der "vordere Sphäre")
Die Wirkung ist wegen parasitärer Frequenzen,
und Verbreiterung des Spektrums ähnlich
aktiver Störungen gegen das Radar.
Durch die Reflexionen durch Chaff können
Scheinziele erzeugt werden.
Die Reflexionsflächen können die von realen
Flugobjekten übersteigen .
Die Tatsache des Täuschen selbst
kann nicht verborgen werden.
Chaff ist als Aufhellung ähnlich
Regenwolken mit räumlichen Ausmaßen
immer erkennbar.
© 2004 Skarus
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Bewegte Objekte erzeugen einen Phasenunterschied zwischen abgestrahlter und
empfangener Welle bei Reflexion an einem bewegten Objekt.
Bild : Autor
Die Sinkgeschwindigkeit
von Düppel bewegt sich
bei 60 - 80 m / min.
Quelle: Grundlagen der Funkortung, aus dem russ.
Verweildauer in der Luft im Minutenbereich ist
anzunehmen. Mit Bewegung in Windrichtung
kommt es zur Auflösung der Wolke.
Die Bewegung mit dem Wind und geringerer
Geschwindigkeit als das fliegende Objekt wird
zur Unterscheidung von Düppel und Flugziel
genutzt.
Die Änderung in der Phase bei Reflexion
am Flugzeug bzw. am Düppel sind unterschiedlich.
Digitale Systeme mit automatischer
Signalauswertung können durch Chaff belastet
und überlastet werden.
Die
Polarisation
der Reflexionen ändert
sich , es kommt zu zusätzlichen
Fluktuationen der effektiven Reflexionsfläche.
Grundsätzlicher
Zusammenhang
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Für Systeme mit sehr hoher Winkel- und
Entfernungsauflösung und elektronischer
Strahlschwenkung sind die Dipole als einzelne
Ziele erkennbar. Jedes einzelne muss
klassifiziert und ständig beobachtet werden.
Bei genügender Auslastung lassen sich
Einschränkungen für Suchsektoren oder
einzelne Radarfunktionen erwarten.
Mit unterschiedlichen Pulsformen ,
Verweildauer des Strahls auf dem Ziel ,
Polarisationsänderungen (zirkular) und
Geschwindigkeitsfiltern lassen
sich solche passiven Störungen kompensieren.
(MTI moving target indicator, SBZ Selektion
beweglicher Ziele) Siehe auch
Würzburg
Gerät
Die Reflexionsfläche eines einzelnen Dipol
beträgt:
s0 = 0,86
l2
Für Dipole als Wolke mit zufälliger
Verteilung und veränderlicher Polarisation
und Bewegung gilt:
s0 =
0,17 l2
In der russ. sprachigen bzw. engl. spr. Literatur variieren diese Werte
geringfügig.
© 2004 Skarus
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Ein sich langsam bewegendes oder nicht bewegendes Objekt erzeugt geringfügige
Phasenverschiebungen.
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Effizienter werden Düppel mit zeitlichem Abwurf
bzw. Ausstoß. in jedes Impulsvolumen.
(Impulsdauer) um den Effekt der Verwehung
und Entfernung von der Wolke durch das fliegende
Objekt zu verstärken.
die Impulsdauer hat ein bestimmtes
Äquivalent an Laufzeit und räumlicher Tiefe.
Bei der Länge eines Sendepulses im ýsec Bereich
ZB 100m. In diesen Abständen müssen die
Düppel geworfen werden.
Wenn das Impulsvolumen 250 m beträgt, und ein
Düppelpäckchen mit der effektiven Reflexionsfläche
des Flugzeuges geworfen wird , müssen bei einer
Flugstrecke von 100 Km insgesamt 400 Päckchen
ausgestoßen werden.
Die Ausstoßgeschwindigkeit ist von der
Impulsfolgeperiode und Impulsdauer der
Radarstation abhängig.
Rechenaufgaben für
Düppel,Chaff
© 2004 Skarus
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Flugziele sind auch vor der Wolke für das Radar nicht von den Reflexionen an der
Chaffwolke zu unterscheiden . Bild : Autor
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rechnen und
Chaff
Eine Wolke aus 5000 Dipolreflektoren ( Chaff
/Düppelstreifen)
hat die effektive Reflexionsfläche von: ?
Wellenlänge des RADAR : 3 m
s0 = nD * sD
s0 effektive Reflexionsfläche
n D Anzahl der Dipole
sD = 0,17
l2
effektive Reflexionsfläche eine Dipols (Mittelwert )
l
Wellenlänge des Radar
s0= 5000 * 0,17 * 32 m2 = 7,6 *103
m2 = ca. 7000 m2
Wie ändert sich die Reflexionsfläche der Chaffwolke , wenn ein Radar mit 3 cm
Wellenlänge diese anstrahlt ?
s0= 5000 * 0,17 * 0,032 m2 = 0,75
m2
= ca. 1 m2
Wie
lang sollten die Düppelstreifen sein, um eine Radarstation
auf 1 GHz zu stören?
Lösung
: 3cm
Wellenlänge
. Bei
l
/2
das
Maximum an Reflexion zu erwarten (ca. 0,47 )
1,5 cm Länge
Übungsaufgaben und Lösungen
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Störschutz
SBZ
Selektion beweglicher Ziele , M T I moving target indicator.
Es werden 3 Hauptgebiete für den Einsatz
unterschieden:
-Selektion beweglicher Ziele (
Phasenunterschied ) aus den Reflexionen der Erdoberfläche.
-Selektion von sich bewegenden Zielen aus Wolken / passiven Störungen
, hervorgerufen durch Düppel, Chaff etc.
-Selektion beweglicher Ziele aus Wolken und Störungen natürlichen Ursprunges ,
Regenwolken , Wolken etc.
Zielbegleitung gegen die reflektierende
Erdoberfläche bei RADAR. Bewegte Ziele innerhalb der "örtlichen Rose "
( alter deutscher Begriff aus der RADAR -Technik ) werden mit ihrem
Phasenunterschied in einem elektronischen System
herausgefiltert und gegen die feste unbewegliche Erdoberfläche sichtbar gemacht.
Die Baugruppe Phasendetektor filtert diese Ziele aus . Diese werden im Empfänger
weiter bearbeitet.
Solche Signale sind verzerrt und mit
Laufzeitfehlern behaftet. In analogen Systemen führen solche gefilterten Signale
zu zusätzlichen Lenkfehlern für den Raketenflug ( weil die Zielkoordinaten
selbst ungenau geworden sind )
Im Antennenfolgesystem treten zusätzliche
Schwingungen auf , dh. die Antenne folgt dem Ziel nicht nicht konstant und
synchron.
Die Antenne folgt dem Ziel unruhiger. ( Bei automatischer Zielbegleitung und
Zuschalten des teleoptischen Kanals sind diese
unruhigen Zielbegleitungen gut zu beobachten. ) Die
Vernichtungszone
geht bei Nutzung SBZ , MTI in der Entfernung zurück , dh.wird kleiner.
Bei digitalen Systemen lassen sich
Verzerrungen etc. entfernen.
Aber : Bei analogen /digitalen Systemen
nimmt die Empfängerempfindlichkeit ab.
Das führt entweder zu Verringerung der Auffassentfernung oder zur Verringerung
des Auffassen von Zielen mit kleinerer
effektiver Reflexionsfläche.
MTI / SBZ lässt sich in unterschiedlichen
Geschwindigkeitsbereichen nutzen.
Ziele lassen sich auch gegen Wolken filtern. Probleme treten durch
unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Wolkenteile selbst
auf. Möglicherweise lassen sich damit nicht alle Wolkenteile gleichzeitig
kompensieren.
Ziele hinter oder vor Störungen passiver Art ( Chaff / Düppel , Aerosole
und Metallpulver ) lasen sich ebenfalls herausfiltern.
Bei Zielen ,die gegen passive Störungen
fliegen lassen sich im teleoptischen Kanal die zusätzliche Ungenauigkeiten
der Antennenbegleitung beobachten .Solche passive Störungen verringern ebenfalls die Empfängerempfindlichkeit .
Zusätzlich kann die Arbeit der Funkzünder von
anfliegenden Fla Raketen innerhalb der Chaff Wolke gestört werden.
Systeme , die Ziele aus Regenwolken filtern
, können auch nach dem Prinzip der
Polarisationsdrehung ( zirkular ) arbeiten.
Erstaunlicherweise lassen sich Störschutzsysteme gegen passive Störungen auch
gegen aktive Störungen einsetzten. So ließen sich mit dem SBZ Rauschstörungen
gegen die Raketenleitstation kompensieren. ( Russland , Schiessen 1987 )
Auch die Schaltung MARU ( S 125 NEVA , SA3) ist gegen aktive wie passive
Störungen wirksam.
Am Waffensystem PATRIOT gab es lange Zeit (
bis ca. 1996 ) den "Weather Mode" . Hier wurde mit MTI und
zirkularer Polarisation
Wolken und Regeneinfluss kompensiert.
Trotz Digitalisierung der SBZ / MTI Systeme
findet man bis heute mechanische Baugruppen im System :
Laufzeitketten auf L-C oder Ultraschallbasis (mit Piezogebern )
Der Artikel wurde aus Sicht der
bodengebundenen Luftverteidigung und Feuerleitradar geschrieben.
Luftraumüberwachungsradar,Flugzeugradar etc. ) können durchaus andere Prinzipien und Verfahren nutzen.
Rechenaufgaben
Der
Autor dieses Artikels hat Chaff in Form von Metallpulver
und modulierten Rauschstörungen auf
Schiessplatzaufenthalten in Russland
gegen Feuerleitradar SA3 selbst erlebt.
link Schiessen in Russland
© Peter Skarus
Dipl. Ing. ( FH ) 2009
www.peters-ada.de
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