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VHF-Radarexperimente zur Erforschung der Atmosphäre 17
Die Wahl der Pulsfolgefrequenz PRF=1/τ IPP bestimmt die maximale Reichweite R max , in
der den Echolaufzeiten eindeutig eine Entfernung zugeordnet werden kann. Ist die Zeit
zwischen zwei Sendeimpulsen τ IPP zu kurz gewählt, können Echos des Vorgängerpulses im
Empfangszeitraum des darauffolgenden eintreffen. Diesen Echos wird eine kürzere
Entfernung zugeordnet, als der tatsächlichen entspricht (engl.: Range Aliasing). Für
Radarobservationen bis 100 km wird folglich eine Interpulsperiode von bis zu 1ms
verwendet. Echos aus der Ionosphäre (>100km) beeinflussen die Qualität der Messungen
nicht, da sie schwächer und breiter in ihrer spektralen Verteilung sind als die zu
untersuchenden „clear air echoes“.
Aus der Interpulsperiode τ IPP und der Pulsdauer ergibt sich das Tastverhältnis dc (duty
cycle), dem in der Praxis technische Grenzen durch die Senderarchitektur gesetzt sind. Die
Sendeendstufe des VHF-ST-Radar Kühlungsborn arbeitet mit einem maximalen
Tastverhältnis dc = 0,05. Das ergibt bei einer Pulsspitzenleistung von P = 36kW eine
maximale mittlere Sendeleistung (average power oder CW power) von P av= 1,8kW.
Eine erste Beispielrechnung mit praxisorientierten Werten soll die Problematik darstellen:
1. geg.: τ P=1µs ges.: ΔR , R min , τ IPP , PRF, R max
dc = τ P /τ IPP =0.05
ct P
R min = ΔR
= = 150m
2
τP
τIPP
= = 20μs
dc
1
PRF = = 50kHz
τ
R
max
IPP
ct
=
2
IPP
=
3km
In der Praxis geht in die Berechnung für die untere Observationsgrenze zusätzlich die
Radartotzeit ein, in der sich das Radar initialisiert und zwischen Senden und Empfang
umgeschaltet wird. Sie kann in der Größenordnung einiger Mikrosekunden liegen.
Aus dem Tastverhältnis dc resultiert die mittlere Sendeleistung und damit verbunden der
Signal-Rausch-Abstand. Durch die Wahl einer niedrigen PRF, bedingt durch die maximale
Höhe zur eindeutigen Entfernungszuordnung der Echopulse bei gegebener Pulsspitzenleistung
des Senders, sinkt die mittlere Sendeleistung und somit die Reichweite. Eine
Impulsvergrößerung könnte dieses ausgleichen, hätte aber eine Verschlechterung der
Entfernungsauflösung zur Folge. Diese Widersprüche bei der Wahl von Impulsdauer und
Impulsfolgefrequenz können durch die Anwendung einer Pulskompression gelöst werden.