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On-site Messtechnik für Radaranlagen erfolgreich in Betrieb genommen

21.02.2017

Im Rahmen der Entwicklungen für Antennenmesstechnik hat der Fachbereich Hochfrequenz und Felder erfolgreich die Sensorik für Luftraumüberwachungsradare (ASR) an den Flughäfen Hannover und Wunstorf getestet. Derartige Radaranlagen sind fest installiert und lassen sich weder auf dem Antennenscanner noch auf dem Antennenfreifeld der PTB charakterisieren. Solche Anlagen müssen direkt am Aufstellort gemessen werden.

 

 

In seinem Forschungsschwerpunkt arcass (advanced remote-controlled airborne sensor systems) entwickelt der Fachbereich Hochfrequenz und Felder daher mit Projektpartnern aus der Industrie seit einigen Jahren On-Site-Messtechnik basierend auf einem Oktokopter. Die möglichen Anwendungen der Messtechnik auf einem unbemannten Flugsystem sind sehr vielfältig und reichen von der Messung an Instrumentenlandesystemen, Rundfunk- und TV-Sendern, den Wetterradaren und Windprofilern des Deutschen Wetterdienstes bis hin zu Drehfunkfeuern (VOR) der terrestrischen Flugnavigation sowie fest installierten bzw. verlegbaren Radaranlagen.


Der Oktokopter trägt eine neuentwickelte und kompakte Hochfrequenzmesstechnik, die es erlaubt, das Messsignal als Bandpasssignal ohne Vorverarbeitung zu erfassen und aufzuzeichnen. Neben den Messdaten werden der Zeitstempel sowie die Ortsinformation synchronisiert aufgezeichnet. Die genaue Position des Oktokopters im Luftraum wird durch eine Präzisionslokalisierung mittels Differential-GNSS ermittelt und in Echtzeit dem Kontrollpersonal auf dem Smartphone angezeigt. Neben der aktuellen Position werden auch einzelne Messdaten in Echtzeit aufbereitet, damit die Wissenschaftler den Messprozess einfach überwachen können.  Der Oktokopter fliegt automatisch auf einer vorprogrammierten Route und kann auch für längere Zeit an Messpunkten im Raum schweben, um so die zeitabhängige Änderung eines Signals zu erfassen. Wegen der kompakten Abmessungen des Oktokopters ist die Rückwirkung auf das zu messende elektromagnetische Feld minimiert. Der große Vorteil dieses Messgeräteträgers ist eben die Eigenschaft, im bodennahen Raum sowohl stationär schweben als auch vorgegebene Raumpunkte gezielt anfliegen zu können. Das wäre mit manntragenden Hubschraubern nur eingeschränkt und mit deutlich höheren Kosten möglich. Messflugzeuge können aufgrund ihrer Mindestgeschwindigkeit und der Mindestflughöhe diesen Luftraum nicht erreichen und sind daher auch nur eingeschränkt einsetzbar.


Eine weitere Anwendung dieser On-Site Messtechnik liegt im Forschungsprojekt WERAN, welches durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wird (FZ 0325644A-D). Hierbei ist die Wechselwirkung zwischen Windkraftanlagen (WEA) und Drehfunkfeuern sowie Radaren zu untersuchen. Gemeinsam mit ihren Projektpartnern untersucht die PTB, ob und wie das Navigations- oder Radarsignal im Übertragungskanal durch WEA verändert wird. Anhand der Veränderung des Signals lässt sich durch die Betreiber der Systeme feststellen, ob eine Störung vorliegt.


Hier ist es nun erstmals gelungen, die Radarsignale im Elevationswinkel unter 2 Grad mit der neuen Technik zu messen und dabei die Breite der Hauptkeule, das Vor-zu-Rückverhältnis sowie die Höhe der Nebenkeulen des Antennendiagramms zu messen. Die aufgezeichneten Radarpulse lassen sich sowohl zeitlich als auch spektral gut auflösen. Diese Messdaten werden interessierten Herstellern und Betreibern solcher Anlagen zur weiteren Analyse zur Verfügung gestellt.

 

Oktokopter nach dem Start 

Bild: Oktokopter kurz nach dem Start