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                                               RADAR 

 

                            Thema: Probleme beim Schiessen in geringen Höhen

 

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                                                          Probleme beim Schiessen in geringen Höhen

Beim Schiessen auf Ziele in geringen Höhen ( kleiner 100m  bzw. kleiner 1° )  treten vielfältige objektive und subjektive Faktoren auf, die auch die Vernichtungswahrscheinlichkeit verringern:

Typischweise setzt der Luftgegner zur Überwindung der Luftverteidigung u.a. den Anflug in geringen Höhen ein. Die Auffassung der Ziele wird durch Reflexionen der  Erdoberfläche  im Suchradar ( auch im Feuerleitradar ) erschwert, die Vernichtungswahrscheinlichkeit wird durch den Einfluss der Reflexionen an der Erdoberfläche verringert. Die Zeit zum Auffassen der Luftziele verringert sich. Zusätzlich tritt in diesem Zusammenhang Stress für die Kampfbesatzung auf. Bei massivem Anflug von Zielen besteht die Absicht des Luftgegners eine Zielüberlastung ( eben wegen spätem Auffassen und verzögerter Bekämpfung ) zu erzwingen.

                       

Entstehung "Spiegelsignal" . Das nachfolgend ankommende Signal wurde am Boden reflektiert und verlängert die Laufzeit.

 

Der gebündelte Strahl wird Richtung Erde gebeugt. Dieser Effekt tritt bei schneller Abkühlung der Atmosphäre über warmem Untergrund auf. Auf dem Schiessplatz bei" live firing"  beim  Übergang zur Nacht lässt sich das regelmäßig beobachten. Die "örtliche Rose" / "ground clutter" lässt zusätzliche Reflexionen der Erdoberfläche erscheinen. Bei digitaler Signalverarbeitung kann es zum kurzzeitigem Wegfall der Ziele im übrigen Sektor und anderen Höhenbereichen kommen. ( Überlastung, wg. zusätzlicher noch zu klassifizierender Zielzeichen und Entscheidung durch das  Rechengerät : "Bodenziel" vs. "richtiges Ziel" ).

Ziele in geringen Höhen  reflektieren die vom RADAR kommende HF Energie nicht nur zum RADAR direkt zurück, sondern auch indirekt als zusätzliche Reflexion über den Erdboden. Die Fachliteratur ( deutsche Luftwaffe im 2. Weltkrieg und die deutsche Fachliteratur kennen den Begriff "Spiegelsignal").  Jetzt gelangen die Zielreflexionen über diesen  Umweg zum RADAR zurück. Wegen der längeren Laufzeit erschient das Zielzeichen in seinen räumlichen Ausmaßen länger und verzerrt. Durch Phasenveränderung am Erdboden, Fluktuationen mit Phasenveränderungen, Polarisationsfluktuationen, Veränderung der Sende / Empfangsfrequenz und Beugung wird das Zielsignal verzerrt.

Am Empfänger werden diese Signale durch Interferenzen laufend dynamisch verstärkt bzw. gedämpft (" Wellentäler, Wellenberge"). Dieses "fading" führt dazu, dass der Messimpuls "Ziel" ständig mit seinen 4 Koordinaten ( 2x Winkel, Entfernung, Geschwindigkeit) unruhig und ungenau bestimmt wird. Gleichzeitig besteht die Gefahr, dass sich die Folgesysteme auf Festzeichen (Clutter, Erdoberfläche) aufschalten und das Ziel während des gelenkten Fluges mit Fla Raketen verloren geht.

Der Flugkörper wird ungenauer gelenkt, je nach Leitmethode treten zusätzliche Fluktuationslastvielfache für den Flugkörper während des Fluges auf. Ein weiteres  Problem ist die Erkennung sich bewegender Ziele gegen die Reflexionen der Erdoberfläche ( örtliche Rose , Bodenclutter ).

Über MTI (moving target indicator , SBZ  Selektion beweglicher Ziele) werden Ziele, die sich bewegen (mit Phasenveränderung)  bearbeitet. Das Einbringen zusätzlicher Systeme verschlechtert insgesamt die Eigenschaften des Empfängers  (Empfindlichkeit) ungünstig. Zusätzliche Systeme - wie MTI, SBZ  -  verschlechtern die genaue interne  Koordinatenbestimmung   (für das  System S 125 NEVA / SA3 als Beispiel um 30 % , siehe auch "Erläuterungen der Schiessregeln S125 NEVA" , deutsch).

 

              

2  Rechteckimpulse  ( Tor 1 und Tor 2 ) stehen auf dem Zielzeichen. Sind beide Flächeninhalte gleich groß , so stehen beide genau auf dem Ziel, ist bei einem der beiden die (grüne) Fläche größer, - erzeugt das eine Regelspannung, die über eine  Verzögerungsschaltung den Impuls verschiebt. An der Rückflanke wird Messimpuls generiert. Dieser stellt für die jeweilige Ebene (Seite, Höhe, Entfernung) die Koordinate im RADAR und Rechengerät der Lenkkommandoerarbeitung  dar.

Bei Nutzung von MTI  (Moving Target Indikator ) stellt sich das Zielzeichen verzerrt dar. Zusätzlich gibt es  "fading". Der Messimpuls steht unruhig und pendelt über dem Zielzeichen.

Querverweis :   wie werden Koordinaten bestimmt  

 

                 

                   Neupokojew , Schiessen mit Fla Raketen

           

Für die fliegenden gelenkten Flugkörper treten die gleichen Probleme auf. Antwortsignale an das RADAR ( "BAKE" ) werden nicht nur auf dem direkten Weg, sondern auch indirekt über den "Umweg" Erdoberfläche verzerrt. Wegen der Beugung des fokussierten RADAR-Strahles   wird die Beleuchtung des Ziels zwar gewährleistet, aber  es gelangen "parasitäre" Anteile nach Reflexion am Boden zum Suchkopf der Rakete.

Eine technische Lösung ist die Anhebung der Flugbahn. Dafür wird aber die Entfernung RADAR - Ziel und Flugkörper - Ziel benötigt. Bei modernen Leitmethoden mit elektronischer Strahlschwenkung (RADAR, PATRIOT, MEADS, S300,400,500) wird die laufende Entfernung durch den Flugkörper selbst bestimmt.

Probleme ergeben sich für den Funkzünder der Fla-Rakete. Dieser soll nicht auf die Erdoberfläche ansprechen und vorzeitig detonieren. Das Entfernungsfolgesystem kann beim Fliegen durch den "Bodenclutter" ( Reflexionen an Festzielen, Erdoberfläche )  auf diesen aufschalten. Der Flugkörper geht damit verloren. Schiessen ohne Entfernungsbestimmung ist aber möglich. Bei bestimmten Leitmethoden von Fla Raketen   (Dreipunktemethode) und Schiessen nach dem optischen Kanal wird die Entfernung nicht benötigt. Es besteht aber die Gefahr, das der Funkzünder auf die Erdoberfläche anspricht.

       

Bei Flug durch den Bodenclutter besteht Gefahr, das  sich das Folgesystem auf Festzeichen aufschaltet. Über MTI wird gewährleistet, dass  nur sich bewegende Ziele verarbeitet werden. Aber die Zielzeichen werden verzerrt und trotz MTI ungenauer bestimmt. Die Vernichtungswahrscheinlichkeit wird geringer.

 

Zusätzliche neue  Probleme:

Bei Nichtbeachtung der Fressellzone oder / und Hindernissen im Nahbereich am RADAR kann es für verschiedene  ( ! ) Seitenwinkel unterschiedliche ( ! ) tiefe Auffasszonen geben. Radar-Systeme haben eine Nahziel - / Festzielunterdrückung und  Möglichkeiten störende Reflexionen mit großer Empfangsleistung im Nahbereich zu unterdrücken. Bei ungünstigen Wetterlagen ( Nebel, nasser Boden nach Regen )  verstärken sich diese Effekte.

Falscher Standort schafft im ungünstigsten Fall eine blinde Zone für tief fliegende Ziele für  verschiedene  Seitenwinkel. Abhilfe schafft hier eine  Erhöhung des RADAR oder Änderung des RADAR- Standortes um einige 50  m ( praktische Erfahrung, Autor ). Systeme mit Pulskompression scheinen  dafür eine gewisse Schwäche zu haben ( Ludlow, Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung  ).

 

                        

Das Spiegelsignal verzerrt das eigentliche Zielzeichen . Die Winkelkoordinate wird verfälscht und steht nicht mehr
auf der Mitte vom Zielzeichen. Die Ablage im Treffpunkt Fla Rakete - Ziel nimmt zu.
 

Weitere Probleme sind das Auffassen von tief fliegenden Zielen in der Entfernung. Nach der 4,18 Formel lassen sich Entfernungen für tief fliegende Ziele unter Berücksichtigung der Beugung in Erdnähe berechnen. 

Wegen der kurzen Auffassentfernungen werden Ziele in geringen Höhen spät aufgefasst. Zeitliche Probleme und "Stress" sind die typischen Probleme für untrainierte Gefechtstandbesatzungen.

       

        Neupokojew , Schiessen mit Fla Raketen

 

Weitere Probleme mit Zielen in geringen Höhen beruhen auf der Bestimmung des Erst - und vor allem bestmöglichen Startpunktes  der gelenkten Fla Rakete gegen das Ziel :

Der Vernichtungszone ist ein Bereich der Feuereröffnung vorgelagert : Startzone. Nach Betrachtung der physischen Parameter : Geschwindigkeit , Höhe  , Kurswinkel und Parameter,  wird unter Berücksichtigung von Leitmethoden und Flugzeit der Rakete das Feuer an einem Punkt im Raum so eröffnet , dass die Vernichtung des Zieles an der fernen Grenze der Vernichtungszone  erfolgt ( optimal ).

 

        

Vernichtungszone beim Schiessen gegen tief fliegende Ziele. Links normale Vernichtungszone, rechts Vernichtungszone für geringe Höhen.

 

Beim Schiessen gegen tief fliegende Ziele gehen die Ausmaße der Vernichtungszone stark (auf 1/3) zurück. Feueröffnung (aus Gewohnheit) an der alten Grenze der Startzone kann zur Nichtvernichtung des Zieles führen. Die Wahrscheinlichkeit der Zielvernichtung geht aus den vom Hersteller garantierten Vorgaben zurück. Das Feuer kann auf solche Ziele selbstverständlich auch außerhalb der Startzone für diese Vernichtungszone erfolgen. Bei mehreren gleichzeitig anfliegenden Zielen wird man das sogar müssen: die nachfolgenden Ziele kommen immer näher und werden ggf. sehr spät in der Tiefe der VZ bekämpft.

Siehe auch untere Grenze der VZ .    Der Rückgang der VZ   für Ziele unter jamming und chaff verhält sich ( quantitativ ) ähnlich.

 

 

                        Neupokojew , Schiessen mit Fla Raketen

 

          Ende.

 

Der Artikel enthält keine geheim zu haltenden Informationen. Wissen über diese Probleme sind deutschen Ingenieuren und Soldaten der Luftwaffe / Marine seit dem 2. Weltkrieg an RADAR-Systemen (" Freya" ," Würzburg" ,FuMG62  etc.) und Flak bekannt. Der Autor studierte an einer deutschen Militärschule Fla Raketentechnik , Inhalte dieses Artikels waren Teil des Studiums zum Hochschul-Ing.

Für Korrekturen und zusätzliche Beiträge , auch Leserbrief  etc. ist Peters immer wieder dankbar.

 

Autor :     Peter Skarus      MSc.    Informationstechnik               © Skarus    2010,   11/ 2017    www.peters-ada.de 

 

Quellen zum lesen

Telefunken AEG ," Einfluss der Wellenausbreitung auf die Reichweite" , 1982 , mit Beiträgen zur Beugung und Dämpfung bei Mehrwegeausbreitung

Neupokojew , "Schiessen mit Fla Raketen" 1982,mit Beiträgen zur Beugung und Dämpfung bei Mehrwegeausbreitung. Aus dem russ. , Standard -Werk der Fla im deutsprachigem Raum , neben dem amerik. " Skollnik " RADAR -Lehrbuch.

 

Kultbuch. Lehrbuch im Studium. Sehr anspruchsvolle Mathematik.

   Phased array systems     engl.

 
  • Flugmeldedienst . Heft 9

         "Einsatzfibel für Funkmeßgeräte"  Flugmeldelehrgänge der Luftnachrichtenschule Halle (Saale) 1944

Mit Beiträgen zur Wellenausbreitung am "FREYA" RADAR

 

 


 

In Bearbeitung

 

4,12 Formel

 

Zur groben Berechnung der Auffassmöglichkeiten von RADAR -Systemen  gegen Luftziele wird die Grundgleichung der Funkortung verwendet.

2 Wege Ausbreitung , Entfernung , Reflexionsfläche am Ziel , Sendeleistung der Antennen und Antennengewinn sind grundsätzliche Angaben zur Berechnung.

Für Ziele in geringen Höhen  lässt sich die 4,12 Formel verwenden . Diese Formel wird bereits in der Einsatzfibel für Funkmessgeräte für das deutsche FREYA Radar beschrieben . ( 1942 ) siehe hier .

Ohne Berücksichtigung der der Angaben für die Grundgleichung der RADAR Ausbreitung wird nur noch Antennenhöhe , ggfs- Aufschüttung und Zielhöhe betrachtet. Die 4,14 Formel ist in der englischsprachigen Literatur als 4/3 Diagramm bekannt ( grafische Lösung )

                                                                                   

E   Entfernung Auffassen Ziel in Höhen kleiner  1° Höhenwinkel

Hz   Höhe des Ziels in m  über Grund

Ha  Höhe Antenne , zusätzlich kann man Aufschüttung ; Masthöhe etc . eingeben

Ergebnis = Km

 

Je nach Wetterbedingungen geht der Faktor 4,12 bis  4,23 ( Nasse , feuchte Obertfläche ) Durch Beugung geht die Auffassentfernung zurück. Der Wert 4,12 gilt für das mögliche  Minimum . Bekannt ist , dass bei starker Abkühlung de Umgebungstemperatur in Wüstengebieten die örtliche Rose ( pending , groundclutter ) sehr stark zunimmt. Die abgestrahlte HF " schmiegt " sich ( wird gebeugt ) an die Erdoberfläche.

Die Fresnell -Zone wird durch diese Formel nicht abgebildet. Im Nahbereich treten bei Abstrahlung in geringen Höhenwinkeln zusätzliche Minima ( Auslöschungen ) auf. Die Positionierung solcher RADAR Systeme gegenüber Hindernissen im Nahbereich in Verbindung mit starken Temperaturabkühlungen oder Regen ( Nieselregen ) ist sehr wichtig. In der Praxis am RADAR System werden in bestimmten Seitenwinkeln keine Ziele empfangen. Für den Operator am System ist das nicht ersichtlich .