Windenergieanlagen (WEA) – Radar Verträglichkeit

Forschungsvorhaben: 

Prepared by: 

see first page 

Approved by: 


File name: 

54_7100_035_12_ED0_R01_01_WEA_PtJ2 

008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

WEA-Radar Verträglichkeit 

Jahresbericht 2008 

Windenergieanlagen (WEA) – Radar Verträglichkeit 

Dokument: Jahresbericht 2008 

Kompletter Vorhabensbezug: 

Verbesserung der Verträglichkeit der Windenergieanlagen bezüglich 

Radaranlagen der Flugsicherung und Landesverteidigung 

Hinweis: 

Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des 

Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit unter dem 

Förderkennzeichnen 0325027 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser 

Veröffentlichung liegt bei den Autoren. 

EADS Deutschland GmbH 

Military Air System, Airbus-Allee 1, 

D-28199 Bremen, Germany 

Defence Electronics, Wörthstraße 85, 

D-89077 Ulm, Germany 

Stand: 15.07.2009 

Autoren: 

Dr. Andreas Frye .............................. Signaturtechnik Bremen 

......................................................... (Bewertung der Erfassung von Windenergieanlagen) 

Christoph Neumann ......................... Radarentwicklung Ulm 

......................................................... (Bewertung und Konzeption Radaranlagen) 

Alexander Müller .............................. Projektleitung bei EADS Ulm 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 

Title, additional title 


TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

1 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



INHALTSVERZEICHNIS 

1 Einführung ........................................................................................................................3 

1.1 Hintergrund .................................................................................................. 3 

1.2 Zielsetzung und Ergebnisse ......................................................................... 4 

2 Untersuchung der WEA –Störeinflüsse am ASR 910.......................................................6 

2.1 Identifikationsverluste von LFZ bei der Primärzieldarstellung ...................... 7 

2.1.1 Bestandsaufnahme von Windenergieanlagen....................................... 8 

2.1.2 Auswertung der Bestandsaufnahme ................................................... 14 

2.1.3 Bewertung der Ergebnisse.................................................................. 17 

2.2 Reflexionsanalysen von WEA .................................................................... 19 

2.2.1 Analyse dynamischer Radarquerschnitte von WEA ............................ 23 

2.2.2 Optimierungspotentiale bei WEA ........................................................ 27 

2.3 Optimierungspotential für den RQS von Windenergieanlagen ................... 28 

2.4 Perspektiven für die WEA –Planung mit Störzellenbetrachtung................. 31 

3 Untersuchung der WEA –Störeinflüsse am ASR –S ......................................................33 

3.1 Bestandsaufnahme WEA-Verträglichkeit des ASR-S................................. 33 

3.2 Optimierungs-Potential für das ASR-S Radargerät .................................... 36 

3.2.1 Adaptive Antennencharakteristik......................................................... 36 

3.2.2 Signaturklassifikation .......................................................................... 37 

3.2.3 Adaptive Trackingverfahren ................................................................ 38 

3.3 Realisierungsmöglichkeiten beim ASR -S .................................................. 40 

4 Zusammenfassung.........................................................................................................41 

4.1 Bewertungsgrundlage für den Genehmigungsprozess............................... 41 

4.2 Beispiele –Anordnungen und Überflüge..................................................... 45 

5 Fazit / Empfehlungen......................................................................................................47 

Verzeichnisse .........................................................................................................................49 

Abkürzungen und Begriffe......................................................................................................49 

Mitgenutzte Dokumente .........................................................................................................51 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

2 / 51 

Version: 

01

1 Einführung 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Seit den 90er Jahren wird die Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland und 

mehreren anderen Nationen durch politische Unterstützung stark gefördert. Um die 

Windenergie optimal zu nutzen, werden von Investoren Flächen bevorzugt, die einen 

günstigen Windertrag ermöglichen. Dies sind in der Regel exponierte Orte im 

Gelände. Dabei kommt es seit Mitte der 90er Jahre zunehmend zu Konflikten mit den 

Betreibern von Radargeräten. 

Insbesondere militärische Radarsysteme oder Wetterradarsysteme sind aus 

verschiedenen Gründen besonders betroffen: 

1. Die Radaranlagen stehen in exponierten Lagen außerhalb der Städte und der 

Wohnbebauung. 

2. Militärische Radaranlagen sind sehr empfindlich gegenüber beweglichen 

Objekten auch in großen Distanzen. 

3. Die Störeinflüsse durch Windenergieanlagen (WEA) sind zusätzlich abhängig 

von der Anzahl der WEA in einem Park und deren räumlicher Anordnung. 

Die weltweit vermutlich ersten Untersuchungen an großen WEA-Anordnungen unter 

den radartechnischen Erfordernissen der Flugsicherung wurden 1996 in 

Norddeutschland durch EADS–Bremen durchgeführt. Bis heute wurden in 

Deutschland über 170 Windparkprojekte, -Parks und Einzelanlagen realisiert, die im 

Hinblick auf mögliche Störeinflüsse radartechnisch untersucht und optimiert wurden. 

Seitdem haben sich die radartechnischen Anforderungen an Windenergieplanungen 

infolge eines zunehmenden Erfahrungszuwachses der zivilen und der militärischen 

Genehmigungsbehörden kontinuierlich verändert. 

1.1 Hintergrund 

In den vergangenen Jahren hat die Anzahl von technisch-wissenschaftlichen 

Untersuchungen in verschiedenen Ländern stets zugenommen und spiegelt heute 

einen hohen Erfahrungsstand wider. Im Hinblick auf die Genehmigungssituation von 

Windenergieplanungen zeigen alle bisherigen Untersuchungen einschließlich der 

Guidelines von Eurocontrol von Juni 2009 jedoch eine gemeinsame Schwäche: Die 

Ergebnisse und Empfehlungen bzw. Hinweise gründen sich mehrheitlich nicht auf 

systematische Datenaufzeichnungen aus dem operationellen Betrieb mit 

Radarsystemen durch militärisches Fachpersonal an Militärflugplätzen. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

3 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



1.2 Zielsetzung und Ergebnisse 

Dieses Vorhaben wurde mit dem Zweck initiiert, die tatsächliche Beeinträchtigung der 

radargestützten militärischen Flugsicherung durch WEA-Anlagen in der Umgebung 

operationell betriebener militärischer Radare quantitativ zu erfassen und daraus 

Maßnahmen zur Minderung oder Vermeidung solcher Beeinträchtigungen abzuleiten. 

Dabei sollte die Voraussetzung für eine auf physikalisch – technisch gesicherten 

Erkenntnissen basierende Bewertungsgrundlage geschaffen werden, um WEA- 

Einflüsse auf das Radarsystem im Rahmen des Genehmigungsprozesses für 

entsprechende WEA Planungen zu beurteilen und auf diese Weise dazu 

beizutragen, den Genehmigungs-Prozess transparent und nachvollziehbar zu 

gestalten. Der Beurteilungsschwerpunkt wurde bei dem Vorhaben auf das 

Primärradarortungsverfahren gelegt. Aufgrund des Auftrages der Bundeswehr zur 

militärischen Flugsicherung kann eine Transponderunterstützung im Rahmen eines 

Sekundärradarverfahrens nicht zwingend angenommen werden. 

Darüber hinaus war es das Ziel des Forschungsvorhabens, die Wirksamkeit von 

Maßnahmen an den Radar-Systemen und an den WEA für eine Verbesserung der 

Verträglichkeit zu untersuchen. 

Damit kann der bestehende Nachteil in einem ersten Schritt behoben werden, dass 

bisher keine entsprechenden Erkenntnisse als im juristischen Sinne belastbare 

Grundlage für die Genehmigung von Windenergieplanungen herangezogen werden 

können. 

Die Ergebnisse dieses Vorhabens zeigen, dass es mit den heute verfügbaren 

Technologien im Bereich 

"Optimierung von Flugsicherungsradaren" sowie 

"optimierte Bauweise, Dimensionen und räumliche Anordnung von WEA" 

durchaus möglich ist, eine Verträglichkeit der Anforderungen der militärischen 

Flugsicherung mit den Anforderungen der Windenergiegewinnung herzustellen. 

Moderne Radaranlagen mit digitaler Signalverarbeitung haben dabei ein höheres 

Verträglichkeitspotential als die in Deutschland derzeit noch betriebenen 

Radargeräte der militärischen Flugsicherung, da sie die Möglichkeit bieten, neue 

Verfahren zur Erkennung von Luftfahrzeugen über WEA-Gebieten einzusetzen. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

4 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Die bei WEA heute eingesetzten Materialien und Bauweisen bei Rotorblättern bieten 

die Voraussetzung für neuartige radarrückstreu-reduzierende Maßnahmen. Somit 

kann voraussichtlich durch Veränderung an den Rotorblättern einer WEA auch schon 

im Zusammenhang mit den heutigen Radaranlagen eine deutliche Verbesserung der 

Radar-Verträglichkeit erreicht und somit mehr Planungsmöglichkeiten für die 

Windenergie eröffnen werden. 

Die Auswirkungen der genannten Maßnahmen auf die Verträglichkeit wurden 

qualitativ und quantitativ untersucht. Aus den Ergebnissen wurden dann umfassende 

Bewertungskriterien abgeleitet, welche Grundlage für aktuelle und zukünftige 

Genehmigungen von WEA-Standorten sein sollten. 

Die Kombination der Optimierungsmaßnahmen bei Radarsystemen und WEA wird 

die Probleme der militärischen Flugsicherung mit WEA deutlich reduzieren. 

Auch für ältere, heute in Betrieb befindliche Radarsysteme – ASR 910 – werden sich 

die Maßnahmen bei WEA vorteilhaft auswirken und somit mehr 

Planungsmöglichkeiten für die Windenergie eröffnen. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

5 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



2 Untersuchung der WEA –Störeinflüsse am ASR 910 

Der Einfluss von WEA auf 2D-Radaranlagen der Flugsicherung lässt sich 

grundsätzlich in zwei Kategorien unterteilen: 

a. Die Darstellung von Windenergieanlagen auf dem Radarbildschirm: 

Jede WEA kann mit einer individuellen Häufigkeit eine ortsfeste 

Zieldarstellung auf dem Radarschirm erzeugen. Dies gilt für alle heute 

bekannten WEA-Bauweisen, -Dimensionen und –Rotorblattformen. In der 

Umgebung eines Radaranlagenstandortes sind über diese Erscheinung 

prinzipiell alle vorhandenen WEA unabhängig von der Dimension als 

Punktmarkierung sichtbar. Jede zusätzliche WEA kann eine weitere 

zusätzliche Punktmarkierung in der Radardarstellung oder eine Veränderung 

in der Auftretenshäufigkeit einer bestehenden Punktmarkierung erzeugen, je 

nach Auflösungsvermögen des Radars und Typ der WEA. Diese 

Punktdarstellung von Windenergienanlagen bewirkt nicht zwingenderweise 

eine Einschränkung der LFZ–Identifikation und Verfolgung. Eine erhöhte 

Belastung des Radarcontrollers kann gleichwohl möglich sein. 

b. Identifikationsverluste: 

Beim Überflug über Windparks oder über mehrere räumlich eng angeordnete 

WEA zeigen sich Schwächungen der Primärzieldarstellung bei der 

Überwachung von LFZ–Bewegungen im direkten Umgebungsgebiet um und 

über WEA für alle Flughöhen. Eine Einschränkung oder Verlust der LFZ– 

Identifizierung ist die Folge. (Die Schwächung bei allen Flughöhen ist nur bei 

2D-Radaren gegeben, 3D-Radare hingegen messen die Blickrichtung zur 

Echosignalquelle in Elevation, so dass die Einschränkungen dort von der 

Flughöhe abhängig sind und vor allem bei geringen Flughöhen vorliegen). 

Das Sekundärradar empfängt dabei weiterhin Transpondersignale auch der LFZ, 

welche aufgrund der WEA-Echosignaleinflüsse mit dem Primärradar allein nicht mehr 

identifizierbar sind. Theoretisch sind – bei ungünstigen Bedingungen durch 

Topographie oder Bebauung – für bestimmte LFZ-Positionen auch Schwächungen 

des Sekundärradars möglich. Dies gilt allerdings auch ohne das Vorhandensein von 

WEA und ist die Folge von sich ungünstig überlagernden Mehrwegeausbreitungen in 

Folge der Einflüsse der Umgebungstopographie. 

Beide Aspekte wurden an ausgewählten militärischen Flugplätzen systematisch 

untersucht. Dabei wurde auf der Grundlage der o.g. Radardarstellung eine 

eindeutige Zuordnung der Standorte von WEA durch militärisches Fachpersonal 

ermöglicht um deren Störeinfluss auf die LFZ-Identifikation quantitativ zu beurteilen. 

Die Methodik und die Analyseergebnisse werden nachfolgend beschrieben. Die 

Ortszuordnung eines Zieles ist mit einem Radarsystem möglich mit einer 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

6 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Genauigkeit, die durch die technische Auflösung über Entfernung und Azimutwinkel 

festgelegt sind. Bei ASR 910 kann die Genauigkeit mit 300m über die Entfernung 

sowie mit ca. 3,1° über dem Seitenwinkel angegeben werden. Diese Auflösungszone 

wird nachfolgend als Störzelle bezeichnet. Nur bei größeren Positionsunterschieden 

ist eine räumliche Trennung von zwei Objekten möglich bzw. eine Trennung 

zwischen WEA und Luftfahrtzeug. 

Diese Auflösungszone ist bei einem künftigen Radarsystem konzeptbedingt 

abweichend dimensioniert. Die radiale Auflösung von 300m beim ASR 910 wird beim 

ASR-S eine geringere Dimension von ca. 230m haben. Die Trennung zwischen 

Objekten wird über die Distanz deutlich verbessert. Zusätzliche Verbesserungen 

durch die Daten- und Signalverarbeitung eines digital arbeitenden Radarsystems 

sind hierbei noch nicht berücksichtigt. 

Für das WEA-ertüchtigte ASR-ES wird eine radiale Störzellen-Ausdehnung von ca. 

120m angestrebt, was bei gleicher nomineller Auflösung mit speziellen Verfahren der 

Signalverarbeitung möglich ist. 

2.1 Identifikationsverluste von LFZ bei der Primärzieldarstellung 

Die Erfassung des Darstellungsverhaltens von WEA durch die Flugsicherungsradare 

an ausgewählten Standorten erfolgte durch Beobachtung unter Einhaltung der 

nachfolgend genannten Parameter. Die Auswahl der Flugplätze erfolgte gemäß 

eines Vorschlages des Amtes für Flugsicherung der Bundeswehr (AFSBw) aufgrund 

der hohen Belastung durch Windenergienanlagen (Wittmund, Nordholz und Holzdorf) 

sowie der Verfügbarkeit der Radargeräte einschließlich des modernen ASR–S 

(Büchel) unter operationellen Kriterien. 

Die Beobachtungen bzw. Aufzeichnungen erfolgten 

• durch unterschiedliche Personen (professionelle Flugsicherer), 

• über längere Zeiträume, 

• an WEA unterschiedlicher Bauweise (Rotordimension, Rotordrehzahlen), 

• an WEA in verschiedenen Richtungen, 

• bei unterschiedlichen Windrichtungen, 

• bei unterschiedlichen Rotororientierungen, 

• in unterschiedlichem Gelände. 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

7 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



2.1.1 Bestandsaufnahme von Windenergieanlagen 

Die nachstehende Übersicht gibt einen Überblick über die jeweiligen Distanzen und 

Richtungen der zur Datenaufzeichnung ausgewählten WEA-Standorte: Diese waren 

einer durchgehenden Beobachtung durch die Controller zugänglich, zugleich waren 

während der Aufzeichnungen diese WEA in „Betrieb“ d.h. eine Rotordrehung war 

gegeben: 

Standort 

In Nordholz: 

Gruppe Richtung Distanz 

N-1 Testfeld ca. 35° ca. 11km 

N-2 Nordleda ca. 78° ca. 10 km 

N-3 Midlum ca. 180° ca. 2,7 km 

N-4 Spieka ca. 290° ca. 5,7 km 

In Wittmund: 

W-1 Utarp-Holtriem ca. 290° ca.16,9 km 

W-2 Königsmoor ca. 218° ca. 6,3 km 

W-3 Eggelingen ca. 66° ca.16,6 km 

In Holzdorf: 

H-1 bei Hohenseefeld ca. 41° ca. 16,3 km 

H-2 bei Herzberg ca. 132° ca. 8,7 km 

H-3 bei Listerfehrda ca. 288° ca. 19,7 km 

In Büchel: 

B-1 bei Lirstal ca. 350° ca. 8,4 km 

B-2 vor Lirstal ca. 350° ca. 7,3 km 

B-3 hinter Eulgem ca. 50° ca.12,5km 

B-4 bei Reidenhausen ca. 125° ca. 24,6km 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Tabelle 1 Sichtbare WEA bei Aufzeichnung 

Die Datenaufzeichnung an den Flugplätzen hat sich bzgl. der Darstellungshäufigkeit 

von Windenergieanlagen unterschieden zwischen den Aspekten: 

a. Durchgehende, d.h. bei näherungsweise jeder Antennenumdrehung 

vorliegende Darstellung der Windenergieanlage. 

Im Fall eines Überfluges eines LFZ über eine Gruppierung von 

Windenergieanlagen ist dem Controller eine sichere Zuordnung bzw. 

Identifizierung eines LFZ-Primärzieles nicht möglich. 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

8 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



b. Häufige, aber nicht bei jeder Antennenumdrehung vorliegende Darstellung der 

Windenergieanlage. 

Im Fall eines Überfluges eines LFZ-Primärzieles über eine 

c. 

Windparkgruppierung, bestehend aus diesen Windenergieanlagen, ist für den 

Controller die sichere Zuordnung bzw. Identifizierung des LFZ-Primärzieles 

deutlich beeinträchtigt. 

Seltene, in nicht direkter Folge vorliegende Darstellung der WEA. 

Im Fall eines Überfluges eines LFZ über eine derartige Windparkgruppierung 

ist dem Controller eine sichere Zuordnung bzw. Identifizierung des LFZ 

möglich. 

Generell gilt für die Flugführung mit dem ASR-910, deren Einschränkungen durch 

WEA in diesen Messungen hauptsächlich bewertet wurde: 

Die zusätzliche Nutzung von Transponderinformationen ist nur durch manuelle 

zusätzliche Abfragen bei einzelnen Objekten durch den Controller möglich. Eine 

gesamtheitliche Einblendung von Informationen aus den Transpondersignalen in der 

Radardarstellung ist, im Gegensatz zur üblichen Darstellungsform am ASR-S, nicht 

möglich (vgl. Hinweise zur Transponderunterstützung gemäß Abschnitt 1.2). 

Daher wurden die nutzbaren Transponderinformationen für die nachfolgenden 

Bewertungen der Störeinflüsse nicht berücksichtigt. 

Zur visuellen Beurteilung der Resultate sind diesen Bewertungen in den 

nachfolgenden Tabellen und Bildern die Farben "rot,", "gelb" und "grün" zugeordnet, 

also: 

• "rot" = Kategorie a. 

• "gelb" = Kategorie b. 

• "grün" = Kategorie c. 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

9 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Beispielhaft wird für den Flugplatz Nordholz das Aufzeichnungsprotokoll angegeben: 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Tabelle 2 Aufzeichnungsprotokoll zur WEA – Darstellungshäufigkeit in Nordholz 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

10 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Ergebnisse in Nordholz zu den WEA -Störhäufigkeiten: 

Die Aufzeichnungen zeigen auf dem Radarbildschirm einen deutlichen 

Zusammenhang zwischen den jeweiligen Rotordimensionen und der Rotordrehzahl. 

Größere Rotorendimensionen zeigen infolge der langsameren Rotordrehzahl eine 

geringere Störhäufigkeit. Signifikante Unterschiede zwischen verschiedenen 

Fabrikaten von WEA sind in diesem Zusammenhang nicht feststellbar. Bei sehr 

großen Rotordimensionen in kurzen Distanzen zu einem Radarstandort ist ggf. eine 

vom Radarsystem detektierte periodische Tangentialbewegung über sehr kurze 

Streckenabschnitte nicht auszuschließen (z.B. beim Standort N-1). 

Für die Störhäufigkeiten auf dem Radarbildschirm der beobachteten einzelnen WEA 

können als Mittelwert über den gesamten Beobachtungszeitraum auf der Grundlage 

der Aufzeichnungen in Nordholz folgende Werte angegeben werden: 

Für Standort N-1: 

48% für die WEA mit über 110m Rotordurchmesser, 

nicht berücksichtigt ist in diesem Zusammenhang ein zusätzlicher technischer 

Aspekt, der durch die o.g. Querbewegung der großen Rotoren aufgrund der in 

Relation zur Distanz zum Radarstandort großen Lateraldimension generiert 

wird, 

für Standort N-2: 

83% für die WEA mit 40m Rotordurchmesser, 


87% für die WEA mit 40m Rotordurchmesser, 


64% für die WEA mit 44m Rotordurchmesser. 

Ergebnisse in Wittmund zu den WEA -Störhäufigkeiten: 

Die Aufzeichnungen zeigen bei vergleichbaren WEA unterschiedliche 

Darstellungshäufigkeiten. In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen 

werden, dass beim Standort W-1 (in Richtung 290°) verschattungsbedingte 

begünstigende Einflüsse nicht ausgeschlossen werden können. Die Foto- und 

Videoaufzeichnungen zeigen beim Standort W-3 (in Richtung 66°) für eine 

vorhandene Gruppierung aus mindestens 16 baugleichen WEA mit 

Rotordimensionen von ca. 66 bis 70m zusammen mit drei kleineren 

Windenergienanlagen mit Rotordimensionen von ca. 40m stets maximal ca. 13 bis 14 

Darstellungen von Windenergienanlagen, entsprechend einer Darstellungshäufigkeit 

von ca. 72% (vgl. Abbildung 1). 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

11 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Für die Darstellungshäufigkeiten auf dem Radarbildschirm der beobachteten 

einzelnen WEA können als Mittelwert über den gesamten Beobachtungszeitraum auf 

der Grundlage der Aufzeichnungen in Wittmund folgende Werte angegeben werden: 

Für Standort W-1: 

33% für die WEA mit 66m Rotor. Nicht berücksichtigt ist in diesem Zusammenhang 

ein zusätzlicher begünstigender Aspekt, der durch die Hindernistopografie den 

unteren Bereich des Rotors verschattet. 

für Standort W-2: 

72% für die WEA mit 66m Rotor, 

für Standort W-3: 

72% für die WEA mit 70m Rotor. 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

Abbildung 1 Detail zur Radardarstellung Wittmund 

Der Windpark -bestehend aus 16 baugleichen WEA mit ca. 66m Rotordimension und drei Standorten 

mit ca. 40m Rotordimension ist gekennzeichnet. Die unterschiedlichen Darstellungsintensitäten infolge 

der Rotordrehung der WEA sind deutlich sichtbar. Weiß hervorgehoben ist der Flugplatz Wittmund. 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

12 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Ergebnisse in Büchel (ASR-910) zu den WEA -Störhäufigkeiten : 

Die Aufzeichnungen zeigen bei allen WEA vergleichbare Darstellungshäufigkeiten. 

Die sehr unterschiedlichen Distanzen haben keinen Einfluss auf die 

Darstellungshäufigkeit. Alle WEA zeigen ähnliche Rotordimensionen. Durch 

unterschiedliche Standortrichtungen liegen Unterschiede bei den Rotororientierungen 

vor. 

Für die Darstellungshäufigkeiten auf dem Radarschirm der beobachteten einzelnen 

WEA können als Mittelwert über den gesamten Beobachtungszeitraum auf der 

Grundlage der Aufzeichnungen in Büchel folgende Werte angegeben werden: 

Für Standort B-1: 


für Standort B-2: 






Ergebnisse Büchel (ASR-S): 

Die o.g. ausgesuchten WEA führen wie auch andere WEA im Sichtkreis des ASR-S 

zu sogenannten "Plots", welche auf dem Radarbildschirm im Normalbetrieb nicht 

eingeblendet werden, im Gegensatz zu jenen beim ASR-910. 

Unter den stattdessen im operationellen Betrieb dargestellten "Tracks" wurden keine 

störenden WEA-Darstellungen beobachtet. Dies entspricht auch den 

Untersuchungen der Wirksamkeit der ASR-S Signal- und Datenverarbeitung in 

Bezug auf die Unterdrückung von Objekten am Boden (vgl. Abschnitt 3). 

Ergebnisse in Holzdorf zu den WEA -Störhäufigkeiten: 

Die Aufzeichnungen zeigen bei den WEA unterschiedliche Darstellungshäufigkeiten. 

Bei einigen Aufzeichnungsintervallen lag davon abweichend Einkanalbetrieb vor. Es 

wurden jedoch keine Abweichungen zum Zweikanalbetrieb festgestellt. 

Während bei den Standorten H-1 und H-2 eine Rotordimension von ca. 76m vorliegt, 

kann für die Standortrichtung H-3 eine Rotordimension von ca. 80m angegeben 

werden. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

13 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Die Ergebnisse für den Standort H-3 (in Richtung 50°) zeigen die Problematik 

verdichteter Windparks in großen Distanzen. Die deutlichen Unterschiede bei den 

protokollierten Darstellungshäufigkeiten begründen sich in dem Auflösungsvermögen 

des vorhandenen Radarsystems, das eng benachbarte Windenergienanlagen nicht 

getrennt darstellen kann. (Dies gilt grundsätzlich auch für neuere 

Flugsicherungsradare wie das ASR-S, welche sich im Auflösungsvermögen von den 

bestehenden ASR-910 wenig unterscheiden). Zugleich zeigt diese Aufzeichnung die 

Problematik der Superposition der Darstellung mehrerer WEA. Im vorliegenden Fall 

ergänzen sich hier zwei baugleiche WEA mit Rotoren von ca. 80m und führen zu 

einer Störhäufigkeit von ca. 76%, obwohl jeder einzelnen WEA diesen Typs eine 

Störhäufigkeit von ca. 53% zugeordnet werden kann. 

Es muss an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die am Standort H-3 

vorhandenen WEA überwiegend baugleich mit anderen WEA z.B. in Wittmund, 

Nordholz und Büchel sind. Unterschiede bestehen nur in einer Verlängerung der 

Rotorblätter bei unverändertem Rotorblattprofil bzw. Oberflächenform und 

unverändertem Blitzschutzsystem. Zugleich hat dieser WEA-Typ eine geringere 

Rotordrehzahl. 

Für die Darstellungshäufigkeiten auf dem Radarschirm der beobachteten einzelnen 

WEA können als Mittelwert über den gesamten Beobachtungszeitraum auf der 

Grundlage der Aufzeichnungen in Holzdorf folgende Werte angegeben werden: 

Für Standort H-1: 


für Standort H-2: 


für Standort H-3: 

76% für zwei WEA mit 82m Rotor in der Überlagerung. 

2.1.2 Auswertung der Bestandsaufnahme 

Die folgenden Diagramme zeigen exemplarisch die Ergebnisse dieser Auswertung in 

normierter Form. Dabei werden die Ergebnisse bezüglich der Richtung vom 

Radarstandort sowie der Windrichtungen und der Rotorachse normiert sowie nach 

der Rotordimension und Rotordrehzahl in Gruppen geordnet. 

Das jeweils linke Diagramm zeigt als Polardarstellung die Beobachtungen in der 

Bewertung (Farbe "rot, "gelb", "grün"), geordnet nach der von den Controllern 

notierten Häufigkeiten: 

„durchgehend“, „häufig“ oder „selten“. Die Protokollierung der WEA-Darstellung auf 

dem Radarbildschirm erfolgte zusätzlich unter Angabe der Wetter- und Winddaten 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

14 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



zur Beurteilung der Rotororientierung relativ zum Radar in Azimut und der 

Windstärke (Strichlänge). 

Das jeweils rechte Diagramm zeigt die gemittelten Störkategorien "rot, "gelb", "grün" 

entsprechend "stark", "mittel", "schwach" oder „durchgehend“, „häufig“ oder „selten“ 

gegenüber der Orientierung der WEA -Rotorachse zum Radarstandort. 

Gegenübergestellt sind WEA der Kategorie "Rotor-∅ 40 bis 44m", was im 

wesentlichen dem älteren Bestand entspricht, der Kategorie 66 bis 76m, der 

Kategorie 82 bis 100m sowie der Kategorie deutlich über 100m Rotordurchmesser. 

Die letztgenannte Dimension entspricht den Großanlagen neuer Bauart, 

insbesondere den geplanten Offshoreanlagen. 

Change No.: 

549026 

Abbildung 2 Darstellungshäufigkeit von WEA mit Rotordurchmesser 40m - 44m 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

15 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 



Abbildung 3 Darstellungshäufigkeit von WEA mit Rotordurchmesser 66m - 76m 

Abbildung 4 Darstellungshäufigkeit von WEA mit Rotordurchmesser 82m – 100m 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

16 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 



Abbildung 5 Darstellungshäufigkeit von WEA mit Rotordurchmesser > 100m 

2.1.3 Bewertung der Ergebnisse 

Geordnet nach den Rotordimensionen lassen sich die nachstehenden 

Hauptmerkmale wie folgt zusammenfassen: 

• WEA–Rotordurchmesser 40…44m: 

Eine sehr hohe Darstellungshäufigkeit über alle Rotororientierungen liegt vor, 

diese stellt näherungsweise bei jeder Antennenumdrehung die Darstellung der 

WEA auf dem Radarbildschirm für den Controller bzw. Flugsicherer sicher. 

• WEA–Rotordurchmesser 66…76m: 

Die Darstellungshäufigkeiten zeigen einen Schwerpunkt bei 

Rotororientierungen zwischen 20° und 60°. Geringere 

• 

Darstellungshäufigkeiten liegen vor bei Betrachtungswinkel ca. 0° (d.h. die 

Rotorachse zeigt in Richtung Radar) 

WEA –Rotordurchmesser 82…100m: 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

17 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Es zeigen sich geringere Darstellungshäufigkeiten bei allen 

Rotororientierungen. Die verbleibenden Darstellungen zeigen sich 

hauptsächlich bei Rotor-Orientierungen zwischen 20° und 70°. Es wurden je 

nach Bauart deutliche Unterschiede in der Darstellungshäufigkeit beobachtet. 

Geringere Darstellungshäufigkeiten liegen vor bei Betrachtungswinkel ca. 0° 

(d.h. die Rotorachse zeigt in Richtung Radar) 

• WEA–Rotordurchmesser > 100m: 

Geringe Darstellungshäufigkeiten bei allen Richtungen. Signifikante 

Häufungen bei geringen Radialgeschwindigkeiten, z.B. bei einem 

Betrachtungswinkel von ca. 90° (Blickrichtung orthogonal zur Rotorachse) 

wurden beobachtet. 

Es ist also zu beobachten, dass mit zunehmender WEA-Größe die 

Darstellungshäufigkeit abnimmt, obwohl der absolute Radarquerschnitt (RQS) mit der 

Größe im Allgemeinen deutlich ansteigt. 

Die Darstellungshäufigkeit ist dabei unabhängig von der Anlagendichte sowie der 

Entfernung zum Radarstandort. Bei sehr enger räumlicher Anordnung von 

Windenergieanlagen kann es zu Überlagerungen zweier oder mehrerer WEA 

kommen, die den tendenziellen Vorteil der langsameren Rotordrehzahl nachteilig 

ausgleichen. Die Orientierung der Rotoren zum Radar ist von geringen Einfluß, die 

Störhäufigkeiten sind jedoch bei einem Winkel von 0° zwischen Rotorachse und der 

Richtung zum Radarstandort deutlich herabgesetzt, sie steigen an auf die 

angegebene Werte bei Orientierungen zwischen 60° und 90°. 

Die Darstellungshäufigkeit eines WEA–Rotors wird neben der Drehzahl sehr stark 

durch die Reflexionsintensität und die Form der Rotorblätter mitbestimmt. Eine 

verallgemeinerbare Aussage im Hinblick auf günstigere, d.h. reduzierte 

Darstellungshäufigkeiten ist erst auf der Grundlage vergleichender Analysen von 

Rotorblättern bzgl. deren Form und Materialien möglich. 

Eine Erklärung liefert die Betrachtung der bauartbedingt bei zunehmenden 

Rotordimensionen sinkenden Rotordrehzahlen: 

Rotor-Durchmesser Typische Rotor-Drehzahlen 

40…44 m 12…34 U/min 

60…76 m 9…21 U/min 

80…100 m 9…19 U/min 

> 100 m 8…13 U/min 

Tabelle 3: Typische Rotordrehzahlen für WEA unterschiedlicher Baugröße 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

18 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Mit abnehmender Rotordrehzahl sinkt die Wahrscheinlichkeit, im Moment des 

Beleuchtungsvorgangs durch das Radar infolge der Antennenorientierung eine 

Rotorblattstellung für die Totalreflektion zu beobachten. Zur genauen Interpretation 

dieser Ergebnisse wurden die WEA–Strukturen gemäß der Datenaufzeichnungen als 

3D–Objekte rechnergestützt modelliert und deren Radarreflexionscharakteristik 

analysiert. 

Grundsätzlich gelten diese Aussagen auch für die Darstellungshäufigkeit von "Plots" 

in der Signal- und Datenverarbeitungskette des ASR-S. Wie oben bereits erwähnt, 

verursachten die in Büchel beobachteten WEA an diesem modernen Radar mit 

digitaler Signal- und Datenverarbeitung und vergleichsweise hoher Dopplerauflösung 

keine sich störend häufenden Darstellungen. Dies ist durch die dort bereits 

implementierten Maßnahmen zur Unterdrückung von Objekten am Boden zu 

erklären. Allerdings stehen die WEA im Bereich um den ASR-S Standort "Büchel" 

nicht in größeren Gruppen zusammen, so dass eine Übertragung der Ergebnisse auf 

das Verhalten des Radars bei ausgedehnten Windparks sicher unzulässig ist. 

2.2 Reflexionsanalysen von WEA 

Die rechnergestützte 3D-Nachbildung typischer WEA sowie der Rotorblätter 

berücksichtigt folgende Randbedingungen 

- Rotororientierung gegenüber der Bezugsrichtung zum Radarstandort 

- Rotorblattorientierung 

- Rotordimension 

- Rotordrehzahl 

- Rotorblattform 

Die Analyse des RQS im Frequenzbereich der betrachteten Radarsysteme unter 

Beachtung der Antennencharakteristik und Fernfeldbedingungen führte zu den 

nachfolgend diskutierten Ergebnissen. 

Abbildung 6 bis Abbildung 8 zeigen exemplarisch das typische Reflexionsverhalten 

einer WEA über einer kompletten Rotorumdrehung von 360° bei verschiedenen 

Rotor-Ausrichtungen bzw. des Radarstandortes. Zu beachten sind bei den 

Darstellungen die jeweiligen Rotordrehzahlen: Der Zeitraum einer Umdrehung bei 

einer Anlage mit einem 70m Rotor kann als Mittelwert mit ca. 13,5 Sekunden 

angegeben werden. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

19 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Es sind stets 6 deutliche Maxima feststellbar, die sich bei vertikaler Orientierung der 

drei Rotorblätter infolge orthogonaler Beleuchtung der Vorder- und Hinterkante 

ergeben. Die 6 deutlichen Reflexionsmaxima treten somit in einem periodischen 

Intervall von ca. 13,5 Sekunden auf: 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Abbildung 6 RQS vs. Rotorstellung, Rotororientierung 90 Grad, WEA mit 70m Rotor 

exemplarisch 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

20 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 




exemplarisch 


exemplarisch 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

21 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Man erkennt den periodisch mit 120° sich wiederholenden Verlauf entsprechend der 

symmetrischen Bauweise der drei Blätter. 

Die Haupt-Reflexionsbeiträge bei vertikaler Orientierung eines der Rotorblätter 

zeigen, dass mit zunehmender WEA-Größe und den damit verbundenen niedrigen 

Rotordrehzahlen geringere Doppler-Verschiebungen der Radar-Echosignale und 

damit korreliert geringere Häufigkeiten starker Reflexionsstörungen vorliegen als bei 

den kleinen Anlagen. Zugleich ist unter Berücksichtigung der Antennendrehzahl die 

Anzahl der möglichen Detektionsergebnisse geringer. 

Die Beurteilung der Darstellungshäufigkeit oder ggf. Störhäufigkeit einer WEA wird 

bestimmt durch die Häufigkeit pro Zeit, mit der die Radarantenne der WEA 

zugewandt ist, sowie die Häufigkeit pro Zeit, mit der die WEA eine ausreichend 

starke Radarreflexion mit Doppleranteil und ausreichender zeitlicher Dauer generiert. 

Die nachstehende Abbildung zeigt die Detektionsempfindlichkeit des Radarsystems 

ASR 910 über die Zeit in Richtung einer bestimmten WEA. 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

Abbildung 9 Periodizität der Radarantenne ASR-910 

Die Ergebnisse für eine teilweise angenommene radargedämpfte Oberfläche eines 

Rotorblattes im Bereich z.B. der Rotorblattwurzel, d.h. das innere ¼ der 

Rotorblattlänge, zeigt in der Gegenüberstellung mit den Ergebnissen für eine 

teilweise angenommene radargedämpfte Oberfläche im Bereich der Rotorblattspitze, 

d.h. das äußere ¼ der Rotorblattlänge, deutliche Vorteile. 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

22 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Maßnahmen im Rotorblattbereich näher zur Blattwurzel sind offenbar effizienter. Die 

Ursache liegt in dem Schwerpunkt der Reflexionen, die infolge der geringeren 

Oberflächenkrümmung diesem inneren Bereich des Rotorblattes anzuordnen sind. 

Diese Erkenntnis widerlegt die häufig zu findende Darstellung, WEA seien vor allem 

wegen der hohen Geschwindigkeiten der Blattspitzen für das Radar störend. 

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse ist eine wirksame Minderung der 

Darstellungshäufigkeiten im Zusammenhang mit dem bisherigen Radarsystem wie 

dem ASR 910, als auch mit dem künftigen ASR-S möglich. Diese Tendenz kann auf 

alle Primärradarsysteme übertragen werden. 

Die konkreten Dämpfungs-Maßnahmen bei Rotorblättern sind jedoch stark abhängig 

von der Bauart und Formgebung und damit vom Fabrikat und können daher nicht 

allgemeingültig angegeben werden. 

2.2.1 Analyse dynamischer Radarquerschnitte von WEA 

Im Hinblick auf die Möglichkeiten der Signal- und Datenverarbeitung moderner 

Radarsysteme ist die Dopplercharakteristik der Reflexionen von Rotoren der WEA 

von besonderer Bedeutung. 

Die folgende Abbildung 10 zeigt die grundsätzliche Einteilung des 

Empfangsspektrums in "Doppler" für ein Radargerät mit Bewegtzielerkennung (ASR- 

910, ASR-S, aber auch Luftverteidigungsradare). 

Der blau eingefärbte Bereich (P

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Empfangs- 

leistung 

Date: 

Pmax 

p [dB] 

PSchwelle 

15.07.2009 



- fmax 

Pd≥PSchwelle 

Abbildung 10 Einteilung des Dopplerspektrums in für die Alarmerzeugung relevante Bereiche 

Die eingezeichneten Grenzen für die Dopplerverschiebung und den Empfangspegel 

hängen grundsätzlich vom betrachteten Radargerät ab. 

Das Dopplerspektrum wird i.a. vom Radar nicht eindeutig erfasst, so Signale mit 

Dopplerverschiebungen "> fmax" oder "< - fmax" ebenfalls im Bereich zwischen 

-fmax und fmax dargestellt werden. 

Diese Informationen können von mehrstufigen Dopplerfiltern verarbeitet werden, um 

die spektrale Verteilung des Echosignals als die Signatur einer WEA zu identifizieren. 

Von Bedeutung ist dabei neben der Breite des Dopplerspektrums die Intensität über 

die Frequenz. 

Die Dopplerspektren sind nachstehend beispielhaft für Rotoren mit 40m und mit 80m 

Durchmesser bei verschiedenen Betriebsdrehzahlen der Rotoren sowie bei 

Rotororientierungen von 70° und 90° angegeben. 

Zugrunde gelegt wurden stets die minimale und die maximale typische 

Betriebdrehzahl der Rotoren nach Herstellerangaben. 

Bei allen Ergebnissen (vergleiche Abbildung 11 bis Abbildung 14) wurden 

„Momentaufnahmen“ für jeweils drei verschiedene Rotorstellungen durchgeführt. 

Dabei gilt: 

0° => Die Rotorblattvorderkante ist vertikal orientiert 

30° => Eine Blattspitze zeigt zum Radarstandort 

60° => Die Rotorblatthinterkante ist vertikal orientiert 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



P0 

P

Prepared by: 


Approved by: 




Die Bedeutung der Achse "Dopplerfrequenz" ist dieselbe wie zu Abbildung 10 

beschrieben. Im Unterschied dazu ist hier allerdings der gesamte Doppler- 

Frequenzbereich dargestellt, unabhängig davon, welchen Eindeutigkeitsbereich das 

jeweilige Radargerät messen kann. 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Exemplarische Ergebnisse für den 40 m Rotor ohne angenommene 

Dämpfungsmaßnahmen 

Abbildung 11 Dopplerspektrum bei niedriger Drehzahl von 12 rpm. Rotororientierung 70° 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

25 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Abbildung 12 Dopplerspektrum bei hoher Drehzahl von 34 rpm. Rotororientierung 70° 

Exemplarische Ergebnisse für den 82 m Rotor mit und ohne angenommene 

Dämpfungsmaßnahmen 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Abbildung 13 Dopplerspektrum bei hoher Drehzahl von 19.5 rpm. Rotororientierung 90° 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

26 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 



Abbildung 14 Dopplerspektrum bei hoher Drehzahl von 19.5 rpm. Rotororientierung 90° 

2.2.2 Optimierungspotentiale bei WEA 

Die oben gezeigten Spektren von WEA-Radarechos sind normiert auf den 

Radarquerschnitt (RQS) der Objekte. Grundsätzlich gilt: Objekte mit sehr kleinem 

RQS werden von Radaranlagen gegenüber Objekten mit großem RQS seltener oder 

gar nicht dargestellt. Da hier auch Maßnahmen zur Verringerung des RQS von WEA 

diskutiert werden, zunächst Grundsätzliches zur Begriffsbestimmung und dem 

Einfluss des RQS auf Radar-Signale: 

Der Radarquerschnitt "RQS" eines Objektes und damit auch einer WEA ist definiert 

als die vom WEA-Objekt reflektierte Radar-Signalleistung, relativ zur reflektierten 

Signalleistung an einer Kugel mit 1m 2 Oberfläche und wird daher in m 2 angegeben. 

Im Allgemeinen ist der RQS abhängig von der Materialität und der Geometrie des 

betrachteten Objektes, seiner absoluten Größe, dem Aspektwinkel der Betrachtung 

und von der Frequenz des Radarsignals. 

Dagegen ist der RQS von der Sendeleistung und Entfernung des Radars zum Objekt 

unabhängig. Luftfahrzeuge haben im hier relevanten Frequenzbereich um 3 GHz 

typischerweise einen RQS von 1…10 m 2 , Fahrzeuge 10…100 m 2 , und WEA bis über 

mehrere 1000 m 2 . All diese Objekte oder allgemein: alle einigermaßen komplex 

strukturierten Objekte weisen Änderungen im RQS über dem Aspektwinkel von 

mehreren Zehnerpotenzen auf. 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

27 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Entsprechend diesem sehr großen Dynamikbereich für die Erwartungswerte des 

RQS verschiedener Objekte wird der RQS meist in dB(m 2 ) angegeben. Die dB-Skala 

ist logarithmisch aufgeteilt mit Zehnerschritten für den Faktor 10, d.h.: 

Change No.: 

549026 

[m2] 0.1 1 10 100 1000 … 

[dB(m2)] -10 0 10 20 30 … 

Die RQS-Werte des Geländes und der Bebauung im Umfeld der Luftraum- 

Überwachungsradare sind i.a. um viele Zehnerpotenzen größer als jene der zu 

entdeckenden Ziele, daher werden im Radargerät –bei ASR 910 in vereinfachter 

Form sowie beim ASR-S durch aufwändige Algorithmen - die örtlich und zeitlich 

unveränderlichen Signale mit Hilfe von Bewegtziel-Filtern aus dem Radar-Echosignal 

entfernt, um überhaupt eine Ziel-Darstellung und -Identifikation zu gewährleisten. 

Die Minderung des WEA -Radarquerschnittes/ der Radarreflexionsintensität bewirkt 

eine Minderung der WEA -Darstellungshäufigkeit bei analogen Radarsystemen, z.B. 

ASR 910. Darüber hinaus unterstützt die Minderung der Spektralbreite der 

Dopplerinformation die Möglichkeiten der Signa– und Datenverarbeitung bei 

modernen Radarsystemen, z.B. ASR – S, zur Identifikation und Unterdrückung von 

WEA-Alarmen., d.h. unerwünschten Darstellungen. 

Die Darstellungshäufigkeit oder ggf. Störhäufigkeit einer WEA wird bestimmt durch 

die Häufigkeit pro Zeit, mit der die Radarantenne der WEA zugewandt ist, sowie die 

Häufigkeit pro Zeit, mit der die WEA eine ausreichend starke Radarreflexion mit 

Doppleranteil und ausreichender zeitlicher Dauer generiert. 

2.3 Optimierungspotential für den RQS von Windenergieanlagen 

WEA werden daher nicht nur aufgrund ihrer absolut sehr hohen RQS-Werte vom 

Radar dargestellt, sondern vor allem aufgrund des zeitvarianten Charakters ihrer 

Echosignale bzw. der Darstellungshäufigkeit. 

Die absolute Größe der RQS-Werte spielt darüber hinaus im Nahbereich bis einige 

nautische Meilen Abstand zum Radar eine Rolle, da zu starke Empfangspegel im 

Radar den Empfänger übersteuern können und dann das Radargerät für die 

Zielerkennung blenden. 

Neben der Untersuchung der hohen RQS-Werte und deren Minderung im Hinblick 

auf das ASR 910 wurden die zusätzlichen Einflüsse des dynamischen RQS der WEA 

und des zeit-invarianten Verhaltens ihrer Echosignale auf ein Radar vom Typ ASR-S 

anhand von gemessenen wie auch von modellierten WEA-Echosignalen untersucht. 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

28 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Insbesondere wurden im Rahmen der Modellierung unterschiedliche radarreflektionsmindernde 

Maßnahmen an den WEA simuliert und deren Auswirkung auf die 

Darstellungshäufigkeit der WEA am Radar ausgewertet. Ursache von 

radarwirksamen Reflexionen sind in dem Zusammenhang nicht nur 

Oberflächenreflexionen, sondern auch Mehrfachreflexionen durch in die 

Rotorblattstruktur eindringende Energieanteile, die durch Mehrfachreflexionen 

innerhalb der Rotorblattstruktur wirksam werden. Angenommene 

reflexionsmindernde Maßnahmen im Oberflächenbereich von Rotorblättern bieten in 

Übereinstimmung mit anderen Untersuchungen aus Großbritannien hier Lösungen, 

die feuchtunabhängig für verschiedene Wetterbedingungen funktionstüchtig sind. 

Es zeigte sich, dass die Minderung des WEA-Radarquerschnittes im Bereich der 

Blattwurzeln die Darstellungshäufigkeit deutlich reduzieren, wogegen radarwirksame 

Dämpfungsmaßnahmen im Bereich der Blattspitzen und an den feststehenden Teilen 

der WEA keine signifikante Auswirkungen auf die Darstellungshäufigkeit hatten. 

Modelliert wurden Dämpfungen um ca. 20dB gegenüber der unbedämpften 

Bauweise. 

Bei Dämpfung im Bereich der Blattwurzeln wurde eine deutliche Eingrenzung der 

spektralen Aufweitung des WEA-Echosignals beobachtet, was die Verringerung der 

Darstellungshäufigkeit hauptsächlich verursacht. 

Weiter zeigte sich, dass die Wirksamkeit der reflektionsmindernden Maßnahme auch 

stark abhängig ist von der Bauart des WEA-Rotors und seiner Blätter, welche je nach 

Hersteller deutlich unterschiedlich ist. 

Die folgende Abbildung soll den Zusammenhang zwischen Erscheinungsform der 

WEA-Radarreflektionen und Darstellung im Radar visualisieren: 

RQS (dB, noch nicht normiert) 

Dopplerfilter 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

Change No.: 

549026 

5 

Analyse der Plotalarm-Wahrscheinlichkeit: 

6 

5.5 

5 

4.5 

4 

3.5 

3 

2.5 

2 

1.5 

Buechel_20080605_01_05063115_184 

0 

1 2 3 4 5 6 

Zeit [s] 

Date: 

hscat-e40-60grad.out, 34 rpm 

1 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 

Zeit [s] 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

statisch 

dynamisch 

54.7100.035.12 



Dopplerfilter 

TID: 

R01 

hscat-e40-60grad.out, 34 rpm 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 

Zeit [s] 

Abbildung 15 Typische WEA-Darstellung in der ASR-S Signalverarbeitung 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

29 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Abbildung 15 zeigt im oberen Teil den Verlauf des WEA-Echosignals über eine 

komplette Rotorumdrehung, getrennt nach "statischem" und nach "dynamischem" 

Anteil. Die rote Kurve stellt den "statischen" Anteil dar. Dieser ist definiert als der 

Anteil am Echosignal mit Dopplerverschiebungen unterhalb einer definierten 

Schwelle (hier: ca. 100Hz), was den Echos von unbewegten bis langsam bewegten 

Teilen entspricht. Der "dynamische" Anteil enthält den Anteil am Echosignal mit 

Dopplerverschiebungen oberhalb dieser Schwelle und ist als blaue Kurve dargestellt. 

Rechts daneben sind dieselben Empfangssignale etwas differenzierter dargestellt, 

nämlich als Falschfarbenplot der Intensitäten in einem Zeit-Doppler-Diagramm. Die 

orthogonale Achse zeigt die Dopplerfrequenzen so wie vom ASR-S gemessen, d.h. 

den gesamten eindeutigen Messbereich mit allen Überfaltungseffekten aufgrund der 

Radar-Eigenschaften. Die Intensitätsskala daneben zeigt die Zuordnung der Farben 

zu Signalpegeln (in dB). Die oben erwähnten spektralen Aufweitungen sind im 

Bereich der Spitzenpegel des Echosignals hier deutlich zu erkennen. 

Das Diagramm unten links in Abbildung 15 ("Analyse der Plotalarm- 

Wahrscheinlichkeit") zeigt in einer Binärdarstellung, welche Intensitätsmaxima der 

Zeit-Dopplermatrix letztendlich zu Zielalarmen im Radargerät führen, wenn man 

einen typischen Signaldetektor auf dieses Empfangssignal ansetzt. 

Hier ist gut zu erkennen, dass der absolute Pegel nicht ausschlaggebend für das 

Auslösen der Zieldarstellungen ist, sondern dessen Änderung gegenüber 

benachbarten Gebieten dieser Matrix, was hier gleichbedeutend ist mit Änderungen 

über die Zeit. 

Daher ist als ein Designziel bei der radarverträglichen Gestaltung der Rotorbauweise 

und den entsprechenden Dämpfungsmaßnahmen darauf zu achten, auch solche 

starken zeitlichen Änderungen des RQS zu vermeiden. 

Die niedrigen Drehzahlen der Rotoren großer WEA wirken sich in gleicher Weise 

vorteilhaft aus. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

30 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



2.4 Perspektiven für die WEA –Planung mit Störzellenbetrachtung 

Die Ergebnisse zeigen den deutlichen Einfluss der Rotordrehzahl auf die 

Dopplercharakteristik und die Störhäufigkeit einer WEA. Im Hinblick auf die künftige 

Bewertung von Überflügen ergeben sich auf dieser Grundlage die nachstehenden 

Möglichkeiten. 

Die Bewertung eines LFZ-Überfluges mittels der Störzellenbetrachtung sowie der 

Darstellungshäufigkeit über das zu betrachtende WEA-Gebiet ist zur Darlegung der 

Störeinflüsse sehr hilfreich. Zu diesem Zweck werden verschiedene Flugrouten über 

die WEA-Gebiete gelegt und die Verfolgbarkeit von LFZ darauf bewertet. Die 

Flugrouten sind dabei so zu legen, dass sie realistische Fälle sowie den 

ungünstigsten Fall mit betrachten. 

Zur Bewertung des Überflugs wird gemäß einer Festlegung der militärischen 

Flugsicherung eine Fluggeschwindigkeit von ca. 180km/h zu Grunde gelegt. Mit 

dieser Geschwindigkeit legt das Flugziel bei einer Antennenumdrehung des Radars 

von ca. 4,2 Sec (Wert für ASR-910) eine Distanz von 210m zurück. 

Im schlechtesten Fall bei einer 100% störenden WEA, d.h. einer WEA mit sehr hoher 

Rotordrehzahl, ist damit nach mehr als zwei Antennenumdrehungen die 

Flugzielverfolgung nicht mehr möglich. Das Wiederauffassen des LFZ außerhalb der 

Störzone erfordert eine Neuaufnahme der Flugziele über mindestens zwei 

Antennenumdrehungszeiten. 

Die Störung der WEA wird dabei als Beeinträchtigung eines Überwachungsgebietes 

definiert, das durch die Auflösung des Radars in den Dimensionen in Entfernung und 

Azimut gegeben ist, mit der betrachteten WEA im Zentrum. 100% Störung heißt 

dann, dass Ziele über diesem Gebiet niemals sichtbar sind. 

Die Beobachtungen am ASR-910 zeigen, dass im Falle einer 

Darstellungswahrscheinlichkeit der WEA von

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Im günstigsten Fall z.B. bei einer Darstellungshäufigkeit von

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



3 Untersuchung der WEA –Störeinflüsse am ASR –S 

3.1 Bestandsaufnahme WEA-Verträglichkeit des ASR-S 

Zur Beurteilung der WEA-Verträglichkeit des neuen Radars ASR-S, welches statt des 

heutigen Radars ASR-910 in Zukunft den Luftverkehr an den militärischen 

Flugplätzen in Deutschland überwachen soll, wurden dessen Eigenschaften durch 

Messungen am existierenden Prototypen in Büchel näher untersucht. Über die 

Analyse der Radar-Darstellungen hinaus wurden Signal- und Datenaufzeichnungen 

durchgeführt, mit deren Hilfe die Leistungsfähigkeit der einzelnen, hausintern 

bekannten Stufen der Signal- und Datenverarbeitung des ASR-S bewertet werden 

konnte. 

Diese Radar-Messungen dienten mehreren Zwecken: 

• Bestandsaufnahme des WEA Störpotentials für das ASR-S 

• Prüfung der Wirksamkeit der heutigen ASR-S Signal- und Datenverarbeitung in 

Bezug auf WEA-Verträglichkeit 

• Aufnahme von WEA-Signaturen zur Validierung der o.g. Modellrechnungen für 

das WEA-Reflexionssignal 

• Aufnahme von Signaturen für die Algorithmen-Entwicklung eines zukünftigen 

"WEA-Modkit", welches als "Nachrüst-Paket" die WEA-Verträglichkeit solcher 

Flugsicherungsradare erhöhen soll. 

Change No.: 

549026 

ASR-910: 

kein Tracker 

(menschlicher Beobachter) 

Date: 

15.07.2009 

Abbildung 16 Analoges – Digitales Radar 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



ASR-S: Zwei Primär-Radar-Tracker 

(Kanal A, B), Sekundär-Radar-Tracker, 

Sensor-Fusion, Verbund mit anderen 

Radaren 

TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

33 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Die wesentlichen Unterschiede in der Darstellungsform der bisherigen, rein analogen 

Radare vom Typ ASR-910 und der modernen Radare mit digitaler Signal- und 

Datenverarbeitung vom Typ ASR-S zeigt Abbildung 16. Das analog arbeitende Radar 

zeigt dem Fluglotsen die Echosignale potentieller Luftfahrzeuge als Leuchtpunkte im 

Moment des Überstreichens mit dem Radarstrahl an (hier: Abb. links). In der 

Abbildung ist aufgrund der langen Belichtungszeit der Aufnahme die Darstellung 

eines Sektors von ca. 60° zu erkennen, das entspricht etwa 0.7 Sekunden 

Beobachtungszeit. 

Im Vergleich dazu liefert die digitale Anzeige des modernen Radars ständig die 

Informationen aller potentiellen Luftfahrzeuge, welche darüber hinaus je nach Mess- 

Zustand und Klassifikation im Radargerät in unterschiedlichen Symbolen und/oder 

Farben dargestellt sind. 

Die folgenden Signal- und Datenverarbeitungs-Verfahren sind auch gemäß anderer 

und international durchgeführter Untersuchungen nützlich für die Verbesserung der 

WEA-Verträglichkeit und bereits heute fester Bestandteil des 

ASR-S: 

• Das "Doppler-Clutter-Map" (DCM) reduziert die Plotdichte von Objekten, welche 

zwar Echosignale mit Dopplerverschiebungen verursachen, aber ortsfest sind. 

• Das "Traffic-Map" (TM) katalogisiert Gebiete, in denen erhöhte Plotbelastung im 

Radar vorliegen. In diesen Gebieten auftretende Plots werden gesondert 

untersucht und auf Basis ihrer gemessenen Eigenschaften als "Traffic" oder 

"Luftfahrzeug" klassifiziert. 

• Das "Short Track Initiation Map" (STIM) katalogisiert Gebiete, in denen trotz der 

o.g. Maßnahmen die Plotbelastung so hoch ist, dass hier die Initialisierung neuer 

"Tracks" problematisch ist. In diesen Gebieten werden für die Track-Initiierung 

erhöhte Anforderungen an die Qualität der Plots gestellt. 

Diese Maßnahmen dienen alle dazu, Luftfahrzeuge auch bei Abwesenheit des 

Sekundär-Radarsignals sicher zu verfolgen. Im Normalfall stehen schon mit dem 

Sekundärradar-Signal allein hinreichend viele Informationen für die Verfolgung von 

LFZ zur Verfügung, die hierfür aber mit einem Transponder ausgerüstet sein 

müssen. 

Die WEA-Verträglichkeit des Sekundär-Radars wurde in diesem Vorhaben nicht 

untersucht. Vom ASR-S in Büchel sind keine Störungen des Sekundärradars durch 

WEA bekannt und zu erwarten. 

Die Beobachtungen der Fluglotsen in Büchel zeigten bisher keine Beeinträchtigung 

der LFZ-Verfolgung über die dortigen WEA-Gebiete hinweg, wobei diese Verfolgung 

vom ASR-S selbsttätig durchgeführt wird. Der Fluglotse sieht dementsprechend auch 

keine störenden WEA-Darstellungen auf dem Radarschirm, obwohl ASR-S-intern 

durchaus "Detektionen" und "Plots" von WEA-Echosignalen auftreten. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

34 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 




Um die implementierten Maßnahmen unter besonders schwierigen 

Randbedingungen zu testen, wurde ein Kleinflugzeug mit niedriger Geschwindigkeit 

und in niedriger Flughöhe auf einem Rundkurs über WEA-Gebiete um Büchel mit 

dem ASR-S verfolgt. Auch die Ergebnisse dieser Messung zeigen die sehr gute 

Leistung des ASR-S bei der Zielverfolgung dieses Objektes über WEA-Gebieten, wie 

die folgende Abbildung verdeutlicht: 

tatsächliche 

WEA- 

Positionen 

File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

LFZ 

(Motorsegler) 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 


als "Traffic" 

klassifizierte 

Plots 


TID: 

R01 

ca. 

150m 

Abbildung 17 interne Alarmdarstellung des ASR-S bei der LFZ-Verfolgung 

Der Kartenausschnitt zeigt interne Ergebnisse des ASR-S zu Plotbildung und zum Tracking. 

Grüne Symbole: Plots, welche als potenzielle LFZ zur Trackbildung herangezogen werden. 

Rote Symbole: Plots, welche als "Traffic" (also bewegte Objekte am Boden) klassifiziert wurden 

und mit geringer Priorität oder gar nicht zur Trackbildung herangezogen werden. 

Blaue Punkte: Nachträglich in der Abbildung markierte Positionen bekannter WEA (im ASR-S sind 

diese Positionen nicht verfügbar) 

Schwarze Linien: aktuelle Tracks mit "Historie" (hier: aus 5 Antennen-Umlaufzeiten). 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

35 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



3.2 Optimierungs-Potential für das ASR-S Radargerät 

Über die oben genannten vielfältigen Maßnahmen zur WEA-Verträglichkeit, welche 

bereits heute fester Bestandteil des ASR-S Radars sind, konnten Bereiche 

identifiziert werden, die noch ein deutliches Verbesserungspotential beinhalten, 

insbesondere bezüglich der WEA-Einflüsse, die von deutlich ausgedehnteren WEA- 

Gebieten als im Bereich um Büchel vorhanden zu erwarten sind. 

Diese Bereiche wurden systematisch untersucht, die möglichen Modifikationen für 

verbesserte WEA-Verträglichkeit wurden konzipiert und ausgelegt und deren 

Auswirkungen auf die WEA-Verträglichkeit bewertet. Im Einzelnen sind dies: 

3.2.1 Adaptive Antennencharakteristik 

Das Empfängerkonzept des ASR-S–Primärradars bietet die Möglichkeit, durch 

Änderung an der Formgebung der Antennenbaugruppe und Hinzufügen von 

Analogelektronik im Empfänger eine elektronische Schwenkung des Antennen- 

Richtdiagramms in Elevation vorzunehmen. Diese Schwenkung ist möglich in 

Abhängigkeit von der Messentfernung und der Blickrichtung in Azimut, so dass z.B. 

über ausgedehnte WEA-Gebiete ("Windparks") hinweggeschwenkt werden kann, 

während vor, hinter und neben diesen Gebieten eine Signal-Erfassung bodennaher 

Objekte möglich ist. Damit erreicht man: 

• Vermeidung oder Verminderung von Überstrahlung von Zielechos durch WEA 

• Vermeidung von Übersteuerungen des Empfängers durch WEA im Nahbereich 

• Gleichzeitige Beibehaltung der Empfindlichkeit des Radars im zu überwachenden 

Luftraum 

Das folgende Bild zeigt das Verfahren als Prinzip-Bild; die rote Linie soll eine Grenze 

in der Empfindlichkeit der Empfangscharakteristik in Elevation darstellen, d.h. 

oberhalb dieser Linie liegt eine hohe, darunter eine niedrige Empfangscharakteristik 

vor (der Radarsensor befindet sich im Koordinaten-Ursprung). 

Change No.: 

549026 

Elevation 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

Entfernung 

Abbildung 18 Prinzip der elektronischen Strahlschwenkung (ES) 

R01 

Untere Grenze im 

Antennen-Diagramm 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

36 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



3.2.2 Signaturklassifikation 

Die Signaturklassifikation ist eine Methode, Empfangssignale detektierter Objekte 

anhand ihrer Erscheinungsform im Empfangssignal nach ihrer Herkunft zu 

unterscheiden. 

Die oben bereits angesprochene Klassifikation in den "Traffic-Gebieten" klassifiziert 

dagegen auf Basis bereits extrahierter Parameter wie Geschwindigkeit und Plotgüte. 

Die Signaturklassifikation analysiert dagegen das zeitvariante Dopplerspektrum 

innerhalb eines Antennenschwenks über das detektierte Objekt und extrahiert aus 

diesem Spektrum eine Reihe sogenannter Merkmale, welche so definiert sind, dass 

sie sich für Objekte verschiedener Herkunft möglichst unterscheiden. Diese 

Merkmale werden dann einem statistischen Klassifikator zugeführt. 

210 

210 

205 

205 

200 

200 

195 

195 

190 

190 

185 

185 

180 

180 

Signaturen im Radar-Empfangssignal (eine Messung, Beispiel) 

Buechel_20080604_03_04115000_12 

Buechel_20080604_03_04115000_12 

800 820 840 860 880 900 920 

800 820 840 860 880 900 920 

Anzahl Messungen 

Project: 


Doc. No.: 

LFZ 

54.7100.035.12 



WEA Voraussetzung: 

Modernes Radar mit mit 

guter Doppler- 

Auflösung 

Histogramm aus vielen tausend Messungen 

LFZ 

WEA 

TID: 

R01 

LFZ 

Gütemaß "als LFZ erkannt" 

Die Signatur-Klassifikation reduziert die 

Belastung des Radars durch WEA-Plots um ca. 

2/3, ohne Einbuße bei der Zielauffassung 

Abbildung 19 Prinzip der Signaturklassifikation 

Abbildung 19 verdeutlicht dieses Prinzip. Die Auswertung von einigen tausend 

Signaturen von WEA und LFZ aus den Aufzeichnungen in Büchel hat ergeben, dass 

sich etwa 2/3 der Plots von WEA unterdrücken lassen, ohne dass sich die 

Zielauffassleistung nennenswert vermindert. Nähme man 10% Verlust in der 

Zielauffassleistung in Kauf (was aber in der Praxis nicht akzeptabel ist), könnte man 

sogar 90% der WEA-Signaturen unterdrücken. 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

37 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



In der Praxis wird man jedoch keine harte Schwelle für die Unterdrückung von Plots 

wählen, sondern alle Plots mit einem Gütemaß versehen, welche die 

Schätzsicherheit des Klassifikators bezüglich Alarmherkunft "LFZ" oder "WEA" misst. 

Die Histogramme dieses Gütemaßes zeigt der untere Teil von Abbildung 19 für die 

genannten zwei Klassen, anhand der Überlappung der Histogramme wurde die 

Leistung des Klassifikationssystems beurteilt. 

3.2.3 Adaptive Trackingverfahren 

Aufgabe des Trackers ist es, die Momentaufnahmen der Zielalarme, also die "Plots", 

über mehrere Antennenumdrehungen hinweg zu "Tracks" zu verknüpfen. 

Dies bedeutet eine ganz erhebliche Reduzierung der Alarmdarstellung auf dem 

Radarbildschirm, nämlich die Beschränkung auf die Darstellung tatsächlich 

vorhandener LFZ nach mehrfacher Auffassung und Bestimmung von deren 

Bahndaten, also 2D-Position und –Geschwindigkeit. 

Dem Sensor-Tracker des ASR-S stehen für die Trackbildung folgende Informationen 

als Eingangsdaten zur Verfügung: 

a) Plots aus zwei unabhängigen Empfangskanälen 

b) Meldungen des Sekundärradars (Transponder-Abfrage) 

c) Plotmeldungen benachbarter Flugsicherungsradare 

Diese Informationen werden vom Sensor-Tracker zu einem Gesamtlagebild fusioniert 

und bei der Trackbildung berücksichtigt. 

Über die bestehenden Algorithmen hinaus, welche aus den genannten 

Eingangsdaten sowie aus Modellen und Filtern für die möglichen Flugbewegungen 

der Ziele "Tracks" bilden, können die Ergebnisse der Signaturklassifikation und 

Informationen über die Grenzen und über das aktuelle Störpotential von WEA- 

Gebieten zusätzlich genutzt werden. 

Es konnte gezeigt werden, dass es mit den hier diskutierten neuen Verfahren sogar 

möglich wird, Luftfahrzeuge über Gebiete mit hoher WEA-Aufstellungsdichte zu 

verfolgen. 

Die nachfolgende Abbildung zeigt exemplarisch das Ergebnis eines 

solchensimulierten Überflugs über ein WEA-Gebiet, wobei das LFZ ein Manöver über 

dem WEA-Gebiet durchführt, d.h. seine Flugrichtung ändert. 

Es wurde ein Luftfahrzeug ohne Transponder und die Erfassung mit einkanaligem 

Betrieb des Primärradars simuliert, was dem "Worst-Case" des Radar-Betriebs unter 

erschwerten Bedingungen entspricht. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

38 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 



Abbildung 20 Trackverlauf eines kompletten Überfluges 

Auf dem Bild dargestellt sind alle Plots und Track-Updates aus den ca. 50 

Antennenschwenks über das Szenario. Das LFZ "startet" seinen Überflug in der 

grünen "Box" oben links und endet ihn in der zweiten grünen Box unten mittig. Die 

Grenzen des WEA-Gebietes sind rot eingezeichnet. 

Einzelne Plots sind in rot oder grün dargestellt je nach Ergebnis der 

Signaturerkennung, wobei rot "als LFZ erkannt" bedeutet. 

Track-Updates sind als schwarze Kreuze über die entsprechenden Plots gezeichnet. 

Erfolgt z.B. aufgrund fehlender Plots kein Track-Update, so ist stattdessen ein Kreis 

mit dem Erwartungsfenster für den nächsten Plot-Update dargestellt und der Track 

wird mittels Prädiktion überbrückt. Dementsprechend öffnet sich bei Abbruch des 

Fluges am Ende der Zielspur ein Trichter immer größer werdender 

Erwartungsgebiete, bevor der Track endgültig abbricht. 

Solche Art Überflüge über WEA-Gebiete wurden unter Variation von WEA-Typ, 

Aufstellungsgeometrie, WEA-Aufstellungsdichte sowie Flugrichtung,-Geschwindigkeit 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

39 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



und Flugmanöver der LFZ durchgeführt, um die Randbedingungen für die Grenzen 

der LFZ-Verfolgung über WEA-Gebiete allein mit dem Primär-Radar zu bestimmen. 

Dabei ergab sich im Wesentlichen das folgende Bild: 

Tangentiale Flüge sind wesentlich kritischer als radiale 

Langsame LFZ sind kritischer als schnelle 

Der Störeinfluss der WEA ist nicht proportional zu deren Aufstelldichte 

(Diese Erkenntnis war überraschend, die genauen Abhängigkeiten sind 

noch näher zu untersuchen) 

Die WEA-Klassifikation leistet einen großen Beitrag zur Track-Sicherheit 

3.3 Realisierungsmöglichkeiten beim ASR -S 

Das vorgenannte Radar-Optimierungspotential kann in einem in diesem Vorhaben 

definierten "WEA-Modkit" genutzt werden. 

Zweck des WEA-Modkits ist es, die in Büchel im Umfeld moderat ausgedehnter 

WEA-Gebiete beobachtete sehr gute WEA-Verträglichkeit des ASR-S auch für 

ausgedehnte WEA-Gebiete, welche an den künftigen Standorten des ASR-S 

teilweise jetzt schon vorliegen, zu erzielen. 

Das "WEA-Modkit" besteht aus den Komponenten "Antenne-ES", also der Antenne 

mit elektronischer Strahlschwenkung über die Elevation und "Signal- und 

Datenverarbeitung" mit den genannten neuen bzw. veränderten Klassifizierungs- und 

Tracking-Verfahren. 

Die Auslegung des "WEA-Modkit" als separierbares Geräte- und Maßnahmenpaket 

stellt sicher, dass sich bestehende ASR-S zu Radaren des Typs "ASR-ES" 

nachrüsten lassen. 

Grundsätzlich lassen sich auch Fremdgeräte mit dem "WEA-Modkit" ausrüsten, was 

aber in jedem Einzelfall eine Anpass-Entwicklung bedeutet. 

Die WEA-Modkit–Komponenten in der "Signal- und Datenverarbeitung", 

insbesondere die Signatur-Klassifikation, lassen sich auch in Luftraum- 

Überwachungsradaren (also 3D-Radaren) nutzen. Die Untersuchung von 3D- 

Radaren war allerdings nicht Gegenstand dieses Forschungsvorhabens. 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

40 / 51 

Version: 

01

4 Zusammenfassung 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Die Ergebnisse der Studie zeigen auf, welche Mechanismen in der Wechselwirkung 

Primärradar–WEA die LFZ-Darstellung und -Identifizierung mit dem Radar 

hauptsächlich wirksam sind und wie solche Störungen vorausberechnet, vermindert 

oder sogar vermieden werden können. Dabei kommt der Störhäufigkeit einer WEA 

eine besondere Bedeutung zu. 

Die Bewertungsmethode dafür berücksichtigt die für die Störungen relevanten 

Eigenschaften des Radars in seiner Einsatzumgebung und der WEA mit deren 

Platzierung im Gelände. Diese nachfolgend näher beschriebene Prozedur soll als 

Bewertungsgrundlage für den Genehmigungsprozess von WEA eingesetzt werden 

und ermöglicht es, den tatsächlichen Störeinfluss der WEA auf Radare vom Typ 

"ASR-910" und "ASR-S" sowie auf in Entwicklung befindliche Radare mit optimierter 

WEA-Verträglichkeit (Typ " ASR-ES") zu ermitteln. 

Damit kann sichergestellt werden, dass Anträge auf Errichtung von WEA stets 

gleichwertig beurteilbar sind und Entscheidungen zur Realisierung stets auf 

gleichwertiger Grundlage erfolgen können. Zugleich können freie Abstände zwischen 

WEA–Gebieten auf das tatsächlich technisch erforderliche Maß festgelegt werden. 

Zusätzliche Sicherheitsabstände, die infolge mangelnder Kenntnisse über die 

Störhäufigkeiten notwendig wären, können reduziert werden. 

4.1 Bewertungsgrundlage für den Genehmigungsprozess 

Durch eine „Flugsicherungs- und radartechnische Bewertungsrichtlinie“ soll eine 

strukturierte und standardisierte Betrachtungsweise als eine Prüfliste die Bewertung 

von Windenergieplanungen im Nahbereich von Radaranlagen das 

Genehmigungsverfahren unterstützen. Sie stellt die Bewertung von Planungen auf 

eine Grundlage, die sich auf Ergebnisse aus aktuellen messtechnischen und 

numerischen Analysen zum RQS von WEA und auf umfangreiche 

Radarbeobachtungen mittels operationell betriebener Radarsysteme stützt. 

Dadurch wird eine schnellere und im juristischen Sinn stärker belastbare Bewertung 

ermöglicht, die unter Berücksichtigung reflexionsarmer WEA sowohl im 

Zusammenhang mit den bisherigen ASR 910 als auch bei Berücksichtigung der 

erweiterten Fähigkeiten des ASR-S und ggf. des ASR-ES, also eines ASR-S mit 

"Modkit" für die besondere WEA-Ertüchtigung zusätzliche Genehmigungsmöglichkeiten 

bieten kann. 

Die technische Bewertungsgrundlage setzt auf flugsicherungstechnische Kennzahlen 

wie Überfluggeschwindigkeit und –richtungen etc. auf. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

41 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Abhängig von den Ergebnissen der flugsicherungs- und radartechnischen Bewertung 

kann eine anschließende operationelle Bewertung notwendig sein. Hieraus ergeben 

sich momentan keine Maßstäbe, die sich im Hinblick auf Aufstellkriterien eignen. 

Die nachstehend genannten technischen Kriterien bzw. Schritte schließen neben den 

unterschiedlichen Störwirkungen von WEA als bewegliche Objekte mit stark 

veränderlichen Radarreflexionscharakteristika die Hindernistopografie, die 

technischen Grundparameter des heutigen Radarsensors ASR 910 sowie künftiger 

moderner Radaranlagen mit digitaler Daten- und Signalverarbeitung ein. 

1. Klassifizierung der Windparkplanung für Bauanträge/Voranfragen 

(belastbares Kriterium) 

Die Unterlagen müssen an dieser Stelle eine detaillierte Projekt- und 

Anlagenbeschreibung bieten einschließlich der Beschreibung der WEA- 

Anlagendimension und Anlagenmaterialien. In gleicher Weise sind die 

vorhandenen unmittelbar benachbarten Bestandswindenergieanlagen 

anzugeben. 

2. Berücksichtigung der Gelände- und Hindernistopografie sowie 

betriebliche Randbedingungen (belastbares Kriterium) 

In der Vorhabensbeurteilung durch die Genehmigungsbehörden müssen die 

Umgebungsbedingungen einfließen. 

3. Berücksichtigung der Charakteristik des Radarsensors 

(belastbares Kriterium bei ASR 910 und ASR-S) 

In der Vorhabensbeurteilung sind die technischen Parameter der vorhandenen 

und der ggf. künftigen Radaranlage zu berücksichtigen. 

4. Berücksichtigung der Störzellenanordnung im Raum 


In der Vorhabensbeurteilung sind die Einflüsse der Störzellen sowie die 

individuellen Störhäufigkeit der Windenergieanlagen sowie die Verdichtung 

bzw. Überschneidungen der Störzellen zu berücksichtigen. 

5. Festlegung der Überflugszenarien bzw. der Überflugrichtungen 


In der Vorhabensbeurteilung sind die Überflugszenarien bzw. die 

Überflugrichtungen repräsentativ im Hinblick auf alle möglichen Situationen, 

die sich in Luftverkehr ereignen können zu berücksichtigen. 

6. Bewertung der Windpark-Störeinflüsse 


Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

42 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Die Ergebnisbewertung soll alle vorgenannten Aspekte berücksichtigen. 

7. Dämpfungsmaßnahmen für WEA–Rotorblätter 

(zurzeit nicht belastbares Kriterium) 

Die ergänzende Ergebnisbewertung soll neben den vorgenannten Aspekten 

gemäß 1. bis 5. zusätzlich unter Annahmen störmindernder Maßnahmen von 

Windenergieanlagen erfolgen. 

8. Einfluß der Möglichkeiten der Signal- und Datenverarbeitung des 

Radargerätes (zurzeit nicht belastbares Kriterium) 

Die ergänzende Ergebnisbewertung soll neben den vorgenannten Aspekten 

gemäß 1. bis 5. und 7. zusätzlich unter Berücksichtigung störmindernder 

Massnahmen durch die Signal- und Datenverarbeitung des 

künftigenRadargerätes erfolgen. 

Im Hinblick auf moderne digitale Radarortungsanlagen wurde bei den einzelnen 

Schritten der Beurteilung zwischen – im juristischen Sinn - belastbaren und zurzeit 

noch nicht belastbaren Kriterien unterschieden. Gleiches gilt für die Bewertung von 

Optimierungsmaßnahmen an den WEA. 

Die Vorteile der Bewertungsrichtlinie sowie einer weiteren künftigen Fortschreibung 

sind: 

• Juristische Absicherung durch Anwendung einer belastbaren technischen 

Bewertungsgrundlage. 

• Standardisierte Vorgehensweise (transparente Abarbeitung auch für 

Außenstehende nachvollziehbar). 

Die relevanten Einflussgrößen, welche sich aus den oben beschriebenen 

Untersuchungen ergaben und in der Bewertungsgrundlage erörtert werden, sind: 

• Einflussgrößen der WEA 

- Aufstellungs-Geometrie, Anordnung, Ausrichtung, Verdichtung, 

- Abstand zu vorhandenen WEA bzw. Windparks, 

- WEA-Bauweise, 

u.a. Rotordimension und –drehzahl, verwendete Materialien, 

Blitzschutz-System 

- RQS der WEA 

u.a. Spitzenwerte, Dopplerspektrum, Zeitvarianz, 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

43 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



- Störhäufigkeit der WEA und deren Einfluß auf die LFZ– 

Zielidentifikation, 

• Geländetopographie inkl. aller natürlichen und künstlichen Hindernisse u.a. 

Anordnung, Ausrichtung, Verdichtung der vorhandenen Windparks 

• Einflussgrößen des Radars 

- Auflösung (radial, azimutal) 

- Antennendrehzahl 

- max. Eingangspegel am Empfänger 

- Filterverfahren in der Signal- und Datenverarbeitung 

- Tracking-Verfahren 

• Einflussgrößen des Flugbetriebes 

- Überflugrichtung, Orientierung des Überfluges, 

- Überfluggeschwindigkeiten. 

Die Bewertung der Störeinflüsse erfolgt, indem aus den WEA-Standorten und der 

Radar-Eigenschaft "Auflösung" sogenannte "Störzellen", d.h. Gebiete mit zu 

erwartender Rückwirkung der WEA auf das Radar-Empfangssignal, definiert werden. 

Für die Größe der zu erwartenden Störung in diesen Störzellen sind alle o.g. 

Einflussparameter maßgeblich. Deren Berechnung erfordert daher Fachkompetenz 

auf dem Gebiet der Radar- und Hochfrequenztechnik, die ein Bewertungskatalog 

nicht ersetzen kann. 

Die unterschiedlichen Eigenschaften der in der Bewertungsgrundlage erfassten 

Radargerätetypen "ASR-910", "ASR-S" und "ASR-ES" (= ASR-S mit "WEA-Modkit", 

siehe Abschnitt 3.3) ergeben unterschiedlich starke Störeinflüsse bei ansonsten 

identischen Szenarien. 

Für die Radare "ASR-910" und "ASR-S" lassen sich bereits heute die Störeinflüsse 

anhand des Bewertungskataloges berechnen, da alle o.g. Radar-Parameter dieser 

Geräte bereits nachgewiesen und damit auch in juristischem Sinne belastbar sind. 

Das Radar"ASR-ES" befindet sich noch im Stadium der Auslegung, daher können 

dessen Radar-Parameter derzeit nur als Annahme gelten. 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

44 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



4.2 Beispiele –Anordnungen und Überflüge 

Die nachstehende Abbildung gibt beispielhaft verschiedene Überflugszenarien an 

und diskutiert den Einfluss unterschiedlicher Störhäufigkeiten und 

Störzellendimensionen von Windenergieanlagen. 

Die Störzellen wachsen in Abhängigkeit vom Radarstandort proportional zu R 

(entsprechend der Verschlechterung der räumlichen Auflösung bei gleicher 

Winkelauflösung). 

Die Störwirkung hört dann auf, wenn die WEA unterhalb des "Radar-Horizonts" liegt. 

Der optische Horizont liegt bei einer 35m hohen Radarantenne und 150m 

Nabenhöhe der WEA etwa in 20 nm (37 km) Entfernung. 

Der Radarhorizont ist demgegenüber verändert z.B. durch die Beugung der 

elektromagnetischen Wellen, wodurch auch deutlich größere Werte für diese 

Entfernungen möglich sind. Bebauungen und Gelände/Vegetation können die 

Entfernung zum Radarhorizont andererseits auch deutlich verringern. 

Daher ist die Bestimmung des "Radarhorizonts" = „Line of sight“ individuell 

erforderlich. 

Im Bereich um den Radarhorizont und dahinter nimmt der Störeinfluss deutlich ab, so 

dass zwar die Störzellengröße nicht kleiner wird, aber die Darstellungshäufigkeit. Bei 

Darstellungshäufigkeiten unterhalb der beobachteten "Störhäufigkeit/Störgrenze " 

(z.B. 20%) ist die Störzellengröße dann nicht mehr relevant. 

Beim Übergang ASR-910 => ASR-S gibt es keine Verkleinerung der Störzellen (die 

Antennenöffnung in Azimut ist nahezu gleich) Bei ASR-ES ist die Störzelle in Azimut 

ebenso groß, in Richtung "Entfernung" (d.h. auf der Sichtilinie Radar-WEA) aber 

etwas geringer. 

Die Strahlschwenkung der ASE-ES sorgt dafür, dass die Darstellungshäufigkeit einer 

WEA verringert wird und eher unter "Störgrenze" sinkt. 

Darüber hinaus sollte mit zunehmender Entfernung vom Flugplatz die Notwendigkeit 

sinken, LFZ kontinuierlich verfolgen zu können. 

(Betriebliches Kriterium) 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

45 / 51 

Version: 

01

Abbildung 21 Überflug -Szenarien 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Fall A: 

Diese Situation geht von einem gradlinigen Überflug über Windenergieanlagen in 

mittlerer Distanz zum Radarstandort aus. Während des Überfluges über die ersten 

drei WEA ist die LFZ-Identifikation mittels Primärzieldarstellung mit der Zeit 

zunehmend beeinträchtigt. Die Lücke zur vierten WEA ist vorteilhaft, aber ggf. nicht 

ausreichend. 

Überflüge quer zur Anordnung der WEA sind dagegen deutlich unkritischer. 

Fall B: 

Durch einen angenommenen gekrümmten Flugpfad kann eine ungünstige Situation 

durch die WEA Anordnung generiert werden. Der vorliegende Fall B zeigt sehr 

ausgedehnte Störzonen der einzelnen WEA infolge einer großen Distanz zum 

Radarstandort. Bei einer derartigen Anordnung kann eine reflexionsmindernde 

Lösung der mittleren WEA oder eine WEA mit geringer Rotordrehzahl für die 

gesamte Anordnung vorteilhaft sein, um einen LFZ–Identifikationsverlust infolge der 

ersten überflogenen WEA nicht kritisch zu verlängern. Der Überflugzeitraum über die 

dritte WEA ist für einen erneuten LFZ- Identifikationsverlust nicht ausreichend. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

46 / 51 

Version: 

01

5 Fazit / Empfehlungen 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Es wurden Möglichkeiten aufgezeigt und nachgewiesen, den Störeinfluss von WEA 

auf Flugsicherungsradare in konkreten Szenarien zu bestimmen. 

Insbesondere die individuelle Störhäufigkeit von WEA wurde unter operationellen 

Bedingungen aufgenommen und bewertet. Durch die große Anzahl der untersuchten 

WEA bei verschiedenen militärischen Flugplätzen ist eine gute Datenbasis 

geschaffen worden. Die vorteilhafte Eigenschaft großer WEA infolge der 

langsameren Rotordrehung gegenüber kleineren WEA konnte für die untersuchten 

WEA nachgewiesen werden. 

Für die Ermittlung des Störeinflusses wurde eine Bewertungsgrundlage erarbeitet. 

Da die WEA-Verträglichkeit der drei genannten Radar-Kategorien ASR 910, ASR–S 

und ASR–ES sehr unterschiedlich ist, muss die Bewertung der Verträglichkeit auch 

berücksichtigen, zu welchem Zeitpunkt welcher Radar-Typ an dem betroffenen 

Standort zum Einsatz kommen wird und zu welchem Zeitpunkt die jeweils geplante 

Windenergieanlage in Betrieb genommen wird. 

Nach der heutigen Zeitplanung werden voraussichtlich im Jahre 2011 die ersten drei 

ASR-S in Betrieb genommen, darunter jenes für den norddeutschen Flugplatz 

Wittmund. In den Folgejahren bis etwa 2015 werden dann alle ASR-910 von den 

neuen ASR-S abgelöst. Ob und in welchem Umfang ASR-ES-Geräte anstelle von 

ASR-S beschafft werden oder ASR-S zu ASR-ES nachgerüstet werden sollen, war 

zum Zeitpunkt dieser Berichtserstellung offen. 

Darüber hinaus wurden Verfahren definiert und in Modellierungen und Messungen 

erprobt, welche den Einfluss von WEA auf Flugsicherungsradare deutlich reduzieren 

können. Es zeigte sich, dass für dieses Ziel ein Verbund von Maßnahmen 

erforderlich ist, bestehend aus: 

Konzeption und Bau der zukünftigen WEA unter Berücksichtigung von Radar- 

Erfordernissen, speziell durch RQS-minimierende Bauweise für 

Frequenzbereich um 3 GHz. Dabei sind viele WEA der neuesten Generation – 

wie oben ausführlich dargestellt – infolge geringerer Rotordrehzahlen bereits 

heute besser mit den Radaranlagen verträglich als alte WEA, welche sie im 

Rahmen von "Repowering"-Maßnahmen ersetzen sollen. 

Maßnahmen am Radar zur Verbesserung der WEA-Verträglichkeit 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

47 / 51 

Version: 

01

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 



Es wurde ein Maßnahmenpaket definiert und in seiner Leistungsfähigkeit zur 

Verbesserung der WEA-Verträglichkeit bewertet, welches auf den technischen 

Stand des Flugsicherungsradars "ASR-S" aufsetzt und in Form eines "Modkit" 

deutliche Verbesserungen in der Verträglichkeit erzielen kann. Dies wurde mit 

Messungen am ASR-S und in Simulationen belegt. 

Anmerkung: dieses Modkit bewirkt die Aufwertung des ASR-S zum in der 

WEA-Verträglichkeit optimierten ASR-ES und kann prinzipiell auch in anderen 

modernen Flugsicherungsradaren eingesetzt werden, wo bei ähnlichen Radar- 

Leistungsparametern dann auch ähnliche Verbesserungen zu erwarten sind. 

Das Modkit zur Optimierung der WEA-Verträglichkeit eignet sich – allerdings 

dann ohne ES-Antenne – auch für die WEA-Ertüchtigung von 3D 

Luftverteidigungsradaren. 

Zur präziseren Bestimmung der Eigenschaften von WEA-Dämpfungsmaßnahmen 

einerseits und der Wirksamkeit der ASR-ES Verträglichkeitsmaßnahmen 

andererseits sollte eine Fortführung der Untersuchungen im Rahmen einer 

Anschluss-Studie erfolgen. 

Hierbei sollten Windenergieanlagenhersteller, insbesondere Rotorblatthersteller, 

konkret eingebunden werden um eine tatsächliche Dämpfungsmaßnahme an einer 

WEA im Umfeld des ASR-910 und des ASR-S durchzuführen. Die Änderung des 

Einflusses dieser WEA auf das Radargerät kann dann bewertet werden. 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

48 / 51 

Version: 

01

Verzeichnisse 

Abkürzungen und Begriffe 

2D- 2D-Radar: Messung von 

Entfernung und Azimut 

3D- 3D-Radar: Messung von 

Entfernung, Azimut und 

Elevation 

Alarm (hier: im Radargerät): 

allgemeiner Begriff für das 

Auftreten von system-internen 

Meldungen über potentiell zu 

erfassende Objekte 

Algorithmen mathematische Verfahren 

zur Berechnung von Information 

- im System meist implementiert 

in der () SW. Die Algorithmen 

bestimmen die "Intelligenz" des 

Systems. 

AntUk Antennenunterkante 

ASR Airpot Surveillance Radar 

ASR-S ASR - Seriengerät der EADS 

ASR-ES Radar vom Typ ASR-S, 

ausgerüstet mit einem "WEA- 

Modkit" zur Erhöhung der WEA- 

Verträglichkeit 

Detektion Schwellwert-Überschreitung des 

Pegels des Radar-Echosignals, 

erste Stufe der () Alarm-Kette 

des Radars 

DCM Doppler-Clutter-Map, 

Maßnahme zur Vermeidung von 

Falschziel-Plots 

Dopplerverschiebung Effekt der 

Frequenzverschiebung bei 

Reflexion von (Radar-) Wellen 

an einem bewegten Objekt. 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



Dopplerspektrum: Darstellung der 

Signalpegel eines Objektes 

entlang der Achse 

()"Dopplerverschiebung" 

Fernfeld Bereich des 

elektromagnetischen Feldes, in 

dem Berechnungen unter der 

Annahme ebener Wellenfronten 

gerechtfertigt sind. Für die hier 

betrachteten Radare gelten 

Fernfeldbedingungen ab einem 

Abstand von einigen 100m bis 

wenigen 1000m zum Radar. Die 

Betrachtung der WEA als 

Strahler führt zu deutlich 

größeren Distanzen für die 

Fernfeldbedingung. 

GCM Ground-Clutter-Map, 

Maßnahme zur Vermeidung von 

Falschziel-Plots 

GND Geländehöhe 

HMM Hidden-Markov-Modell 

HMM-Klassifikator 

HW Hardware (Bauteile eines 

Systems) 

IMM Interactive Multiple Model - eine 

spezielle Form von Tracking- 

Algorithmus zur Minimierung der 

Messfehler bei schneller 

Reaktionszeit 

LFZ Luftfahrzeug 

Modkit HW+SW-Paket zur 

Verbesserung der WEA- 

Verträglichkeit in 

Flugsicherungsradaren 

TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

49 / 51 

Version: 

01

MoM Momentenmethode ; 

Analyseverfahren zur 

Hochfrequenzausbreitung 

MPR Typenbezeichnung eines 

Radargerätes zur 

Luftverteidigung 

MTD Moving Target Detection = 

Bewegtzielerkennung mit 

Messung der LOS- 

Geschwindigkeit, normalerweise 

auf Basis digitaler 

Signalverarbeitung 

MTI Moving Target Indication = 

Bewegtzielerkennung ohne 

Geschwindigkeitsauflösung, 

typisch für alte Radare ohne 

digitale Signalverarbeitung 

Bewegtzielerkennung 

Plot Einzelner () Alarm des Radars 

auf Basis von () Detektionen 

eines Objektes bei einem 

Beleuchtungsvorgang 

(Überschwenk der Antenne) 

PPI Plan Position Indicator 

PSR Primary Sensor Radar 

RASS Verfahren/Tool zur 

messtechnischen Bewertung 

von Radarsystemen 

RCS Radar-Cross-Section ( RQS) 

Reichweitenminderung: 

Maß für die 

Beschränkung/Minderung der 

radarwirksamen Einsehbarkeit 

in definierte Luftraumsektionen. 

Die ideale Betriebsbedingung 

liegt vor für einen Wert von 

100%. 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



RQS Rückstreuquerschnitt: 

Reflektierter Radar-Echopegel, 

Angabe in [m 2 ] oder dB[m 2 ] 

RQS dyn. = dynamischer RQS : 

zeitlich sich ändernde 

Reflexionsbeiträge von 

(bewegten) Objekten 

SSR / IFF Secondary Surveillance Radar 

(Sekundärradar) 

ST Sensor-Tracker 

STC Sensitive Time Control = 

zeitabhängige Regelung (hier: 

Verstärkung) während des 

Signalempfangs 

STIM Short Track Initialisation MAP: 

Maßnahme im ASR-S zur 

Verhinderung von Falschtracks 

SW Software (programmierte 

Abläufe und Methoden der 

Signal- und Datenverarbeitung) 

Track Automatische Erkennung der 

Zielposition und Zielbewegung 

auf Basis mehrerer () Plots 

UTD Uniform Theorie of Diffraction : 

Analyseverfahren zur 

Hochfrequenzausbreitung 

WEA Windenergieanlage(n) 

WEA-Modkit Maßnahmenpaket mit HW 

und SW-Modifikationen für 

Flugsicherungsradare zur 

Verbesserung der WEA- 

Verträglichkeit 

TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

50 / 51 

Version: 

01

Mitgenutzte Dokumente 

Prepared by: 


Approved by: 


File name: 


008_FKZ_0325027_V25.doc 

Change No.: 

549026 

Date: 

15.07.2009 



/1/ F & T - Studie "Erarbeitung prototypischer Lösungen zur Sicherstellung der 

Luftraumüberwachung in Deutschland", 

Abschlussbericht, 54.1025.000.00 EAR, EADS Ulm 

/2/ EUROCONTROL Standard for Surveillance in En-route Airspace and Major 

Terminal Areas – SUR.ET1.ST01.1000-STD-01-01 dated March 1997 edition 1.0 

/3/ Empfehlungen von EUROCONTROL gemäß Report „ Guidelines on how to 

assess the potential impact of windturbines on surveillance radars”. zuletzt gemäß 

Präsentation vom 25.06.2009 

/4/ Besprechung und EADS-BRE Vortrag bei „EUROCONTROL / Wind energy task 

group“ vom 01.03.2006 „ Potential effects of wind turbines and justiciable 

solutions“. 

/5/ Abschlussbericht EADS-BRE: Einfluss von Hindernissen auf HF–gestützte 

Führungsmittel vom 15.02.2004 

/6/ Feldstudie RAF AWC „The Effects of Wind turbine Farms on ATC Radar“ vom 

10.05.2005 

/7/ Report DoD USA „ THE EFFECS OF WIND TURBINE FARMS ON MILITARY 

READINESS 2006“ 

/8/ Messtechnische Untersuchung EADS-BRE an Windenergierotorblättern zur 

Ermittlung von reflexionsdämpfenden Möglichkeiten vom 04.06.2003 und 

15.01.2004. 

/9/ BMVg IT 4 –Schutzbereich von Funkstelle ( allgemeiner Umdruck Nr. 51 ) 

/10/ Technische Dokumentation des AFSBw zum ASR 910 

/11/ Technische Dokumentation zum 2D-Radar „ASR–S“ des Herstellers 

/12/ S. Theodoridis, K. Koutroumbas, "Pattern Recognition", 3rd edition, Academic 

Press Elsevier, 2006 

/13/ S. Haykin, W. Stehwien, P. Weber, R. Mann "Classification of radar Clutter in an 

Air Traffic Control Environment" Proceeding of the IEE Vol.79, NO.6, june 1991 

/14/ Albrecht Ludloff. Handbuch Radar und Radarsignalverarbeitung, Vieweg, 

Braunschweig, Wiesbaden, 1993. ISBN 3-528-06568-0. 

/15/ Merrill Skolnik. Radar Handbook. McGraw-Hill, Inc., New York, second edition, 

1990. ISBN 0-07-057913-X. 

/16/ Rafael C. Gonzales / Richard E.Woods, "Digital Image Processing", second 

edition, 2001, ISBN 0-13-094650-8 

/17/ Bernd Jähne, "Digitale Bildverarbeitung", 6. überarbeitete und erweiterte Auflage, 

2005, ISBN 3-540 24999-0 

Project: 


Doc. No.: 

54.7100.035.12 



TID: 

R01 

Material No.: 

83137677 

Dtype: 

EDO 

Page 

51 / 51 

Version: 

01

Windenergieanlagen (WEA) – Radar Verträglichkeit

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?